Gli scienziati hanno proposto una teoria che spiega la formazione di emissioni radio da pulsar attraverso transizioni gravitazionali di elettroni.
Un gruppo di astrofisici russi della National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics (San Pietroburgo) ha sviluppato una teoria che spiega il meccanismo di radiazione delle pulsar nel raggio radio.
Le pulsar sono chiamate sorgenti cosmiche di radiazioni che cambiano periodicamente (ha un "impulso"). Può essere nella gamma ottica, a raggi X, radio e gamma. Gli astronomi ritengono che le pulsar siano stelle di neutroni con un forte campo magnetico che è inclinato rispetto all'asse di rotazione, quindi la radiazione è pulsante. Questa è una descrizione generale, l'esatto meccanismo di emissione radio non è stato ancora stabilito.
Un articolo pubblicato su The Astrophysical Journal da un gruppo di ricerca guidato da N. Teplyakov offre una spiegazione che concorda bene con le caratteristiche osservate delle radiazioni nel raggio radio. L'emissione radio delle pulsar ha una particolarità: avviene sempre alla stessa frequenza (coerentemente).
Esistono diverse ipotesi per spiegare il meccanismo della radiazione, ma il modello sviluppato dagli scienziati di San Pietroburgo ha una maggiore precisione e un chiaro significato fisico. Si presume che le onde radio vengano emesse durante la transizione degli elettroni tra i livelli di energia, che si formano quando il doppio strato elettrico interagisce con l'attrazione gravitazionale.
Un doppio strato di particelle cariche appare sulla "superficie" superiore - o "atmosfera" - della pulsar, che è composta da plasma. Il campo gravitazionale di una stella di neutroni è così forte che le particelle cariche sono distribuite sulla massa relativa alla superficie: gli ioni pesanti sono attratti più fortemente e gli elettroni leggeri "fluttuano" fuori. Di conseguenza, una separazione è formata non solo dalla massa, ma anche dalla carica delle particelle: si forma un doppio strato elettrico. Due forze agiscono sugli elettroni: da un lato sono respinti dallo strato caricato negativamente, dall'altro c'è una potente attrazione gravitazionale, quindi non possono volare nello spazio esterno.
Impegnandosi per uno stato con un minimo di energia potenziale, gli elettroni cadono in un pozzo potenziale, dove si formano determinati stati energetici legati. La distanza tra i livelli di energia dipende dalla forza di gravità e in media per le pulsar è di 1,7 × 10-6 elettronvolt, che corrisponde all'emissione radio nella regione di 400 megahertz.
La coerenza della radiazione è spiegata proprio dalle transizioni tra i livelli: la distanza tra loro è costante.
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Viene anche spiegata la direzionalità della radiazione. Il campo magnetico della pulsar è molto potente e influenza gli elettroni più fortemente di quelli gravitazionali. E il meccanismo descritto funziona solo vicino ai poli, dove il campo magnetico è uniforme e diretto perpendicolare alla superficie, come quello magnetico. È anche necessario tenere conto dei livelli di Landau che una particella carica può occupare quando si muove attraverso il campo magnetico. Il campo elettrico della stella dovrebbe essere diretto parallelamente alla superficie per evitare disturbi locali nei livelli di energia.
Direzione del dipolo elettrico (radiazione ED) e del dipolo magnetico (radiazione MD) in una pulsar; a destra sono mostrati i livelli di energia e le transizioni tra di loro, che causano vari tipi di radiazioni / N. Teplyakov et al., The Astrophysical Journal.
Di conseguenza, le transizioni tra livelli gravitazionali adiacenti all'interno dello stesso livello di Landau portano alla radiazione di dipolo elettrico distribuita perpendicolarmente alla direzione del campo magnetico, parallela alla superficie della stella di neutroni. Questa radiazione è polarizzata linearmente e ha uno spettro angolare a forma di ventaglio.
Il secondo possibile tipo di transizione è simultaneamente tra i livelli gravitazionali e magnetici. In questo caso, la radiazione di dipolo magnetico appare lungo l'asse della stella, che ha una polarizzazione ellittica. Questa opzione è possibile per pulsar con un campo magnetico relativamente debole, inferiore a 1011 Gauss, poiché la sua implementazione richiede un riempimento significativo dei livelli di Landau.
La teoria può aiutare a spiegare situazioni che non sono standard per le pulsar radio.
Anton Bugaychuk
