Вчені з ІТМО пояснили радіохвильове випромінювання пульсарів переходами електронів між рівнями енергії, що виникають через відштовхування заряджених частинок від подвійного електричного шару і гравітаційного тяжіння зірки. Стаття опублікована в.
Пульсари - це нейтронні зірки, що швидко обертаються, які володіють сильним магнітним полем і періодично випускають потужні імпульси електромагнітного випромінювання - починаючи радіохвильовим діапазоном і закінчуючи жорстким гамма-випромінюванням. Механізми генерації рентгенівського і гамма-випромінювання в ізольованій нейтронній зірці вивчені досить добре, проте загальноприйнятої моделі, що пояснює випромінювання пульсарами радіохвиль, поки ще немає. Наприклад, «антенний механізм» передбачає, що випромінюючі частинки знаходяться в невеликих областях, розміри яких багато менше довжини хвилі випромінювання; за іншими теоріями, випромінювання утворюється в результаті руху заряджених частинок уздовж викривлених ліній напруженості магнітного поля або через комптонівське розсіювання в релятивістській плазмі. Всі запропоновані механізми покладаються на той факт, що яскрава температура радіовипромінювання значно перевершує кінетичну енергію частинок нейтронної зірки. Це означає, що частинки випромінюють хвилі когерентно, тобто на одній і тій же частоті.
Група вчених з Університету інформаційних технологій, механіки та оптики запропонувала ще один механізм генерації радіовипромінювання пульсарами, що передбачає, що розташовані над поверхнею зірки електрони переходять між виникаючими в гравітаційному полі рівнями енергії. За словами вчених, цей механізм добре узгоджується зі спостережуваними частотами радіовипромінювання, що приходить від пульсарів.
У розглянутому вченими моделі рівні енергії виникають з наступної причини. Через сильне гравітаційне поле зірки навколишня її плазма поляризується - важкі іони і легкі електрони, що входять до її складу, «розтягуються» в напрямку, перпендикулярному поверхні. У результаті у верхніх шарах «атмосфери» пульсара виникає заряджений подвійний електричний шар (electric double layer, EDL). З одного боку, електрони відштовхуються від цього шару. З іншого боку, вони притягуються гравітаційним полем зірки. Зрештою, виходить, ніби електрони потрапляють в ефективну потенційну яму, в якій виникають пов'язані стани. Відстань між цими рівнями визначається прискоренням вільного падіння і масою електрону. При значенні = 2 ст.1 1014 сантиметрів на секунду в квадраті, характерному для пульсарів, відстань між двома сусідніми рівнями становить приблизно 1,7 − 10 ‑ 6 електронвольт, що відповідає радіовипромінюванню на частоті близько 400 мегагерц. Нарешті, сталість відстані між рівнями забезпечує когерентність випромінювання.
У той же час, магнітне поле пульсара має впливати на електрони набагато сильніше гравітаційного, оскільки його напруженість може досягати 1013 гаусс. Тому запропонований авторами статті механізм може працювати тільки близько полюсів зірки, в яких і гравітаційне, і практично однорідне магнітне поле спрямовані перпендикулярно поверхні. Крім того, необхідно, щоб електричне поле зірки було спрямовано паралельно поверхні зірки і не обурювало енергетичні рівні. У цьому випадку «гравітаційні» рівні енергії накладаються на рівні Ландау, відстань між якими значно більша. Так, у типових пульсарах перехід між сусідніми рівнями Ландау відповідає рентгенівському випромінюванню з частотою близько 3 ст.1 1019 герц.
В результаті електрони можуть переходити не тільки між сусідніми гравітаційними рівнями в рамках одного рівня Ландау, але і між гравітаційними і магнітними рівнями одночасно. Перший тип переходів відповідає електро-дипольному випромінюванню, спрямованому перпендикулярно напрямку магнітного поля, другий тип - магнітно-дипольному, випромінюваному вздовж осі зірки. Втім, другий тип випромінювання може виникати тільки в пульсарах зі слабким магнітним полем (менше 1011 гаусс), оскільки він вимагає високої населеності рівнів Ландау.
На початку січня астрофізики показали, що швидкі радіовспліски від джерела FRB121102 могли виникнути в намагніченому середовищі поблизу обертового пульсара, пов'язаного зі надновою або розташованою поблизу масивною чорною дірою і не пов'язаного з катаклізмічними процесами. Детальніше про те, що таке швидкі радіовспліски і як вчені намагалися розгадати таємницю їх походження, можна прочитати в блозі астрофізика Сергія Попова.