Астрономи побудували комп'ютерну модель руху заряджених частинок у магнітних і електричних полях поблизу нейтронної зірки-пульсара. Це допоможе зрозуміти механізми генерації гамма-випромінювання і радіоімпульсів, що спостерігаються у подібних об'єктів, повідомляється в прес-релізі на сайті NASA. Стаття опублікована в журналі.
Пульсари - нейтронні зірки з потужним магнітним полем, і їх магнітні полюси є джерелом потоку потужного радіовипромінювання. Через обертання полюсів земному спостерігачеві здається, що випромінювання від зірки блимає, то зникаючи, то з'являючись знову, причому ця пульсацій відбувається зі стійкою періодичністю сигналів.
Зазвичай нейтронні зірки народжуються з мілісекундними періодами обертання навколо власної осі, а потім повільно втрачають енергію і сповільнюються (періоди обертання від секунди до десятка секунд). Пульсари володіють надсильними електричними полями, які можуть виривати заряджені частинки з поверхні і прискорювати їх до високих енергій. Надалі, прискорені частинки, рухаючись зовні по силових лініях магнітного поля, випускають електромагнітні хвилі.
Спостереження з різних телескопів, наприклад, з орбітальної гамма-обсерваторії «Фермі», виявили спалахи гамма-вивчення у багатьох пульсарів, у тому числі від пульсара в Крабовидній туманності. Виявилося, що випромінювання високих енергій реєструється з областей, розташованих дещо далі від нейтронної зірки, ніж джерела радіоімпульсів, проте механізми генерації і точне місце розташування джерел гамма-квантів залишаються маловивченим. Передбачається, що гамма-кванти можуть випускатися прискореними поздовжнім електричним полем електронами, які рухаються вздовж викривленого магнітного поля (так зване «вигине» випромінювання, схоже на синхротронне). У свою чергу, в сильному магнітному полі пульсара йдуть процеси однофотонного народження пари, коли гамма-квант породжує електрон і позитрон.
Щоб простежити поведінку заряджених частинок в околицях пульсара міжнародна група астрономів на чолі з Константиносом Калапотаракосом (Constantinos Kalapotharakos) створила нову комп'ютерну модель, що використовує метод частинок в комірках. Моделювання проводилося на суперкомп'ютері Discover в Центрі кліматичного моделювання NASA і суперкомп'ютері Pleiades в Дослідницькому центрі Еймса. Модель дозволяє відстежити траєкторії електронів (позначені синім кольором) і позитронів (позначені червоним кольором) різних енергій поблизу нейтронної зірки, що обертається. Траєкторії частинок з різними енергіями відрізняються своєю яскравістю.
Моделювання показало, що більшість електронів прагнуть полетіти за межі магнітних полюсів. Позитрони, в основному, випускаються в області більш низьких широт і утворюють відносно тонку структуру, звану «токовим листом». Позитрони з найбільшими енергіями, що знаходяться в «листі», здатні генерувати гамма-випромінювання, що схоже на результати спостережень телескопа «Фермі». А одна з популяцій електронів із середніми енергіями продемонструвала досить незвичайну поведінку - при наближенні до межі світлового циліндра (поверхні, на якій швидкість твердотельного обертання досягає швидкості світла, а магнітне поле змінює свій характер) частинки різко сповільнюються і можуть розсіятися в зворотному напрямку.
Раніше ми розповідали про те, як у сусідній з нами галактиці знайшли «омолоджуваний» пульсар, яким чином астрономи вперше почули гравітаційні хвилі від злиття нейтронних зірок і як нейтронні зірки виявилися пов'язані із загадковими швидкими радіовсплісками.