Wissenschaftler haben eine Theorie vorgeschlagen, die die Bildung von Radioemissionen durch Pulsare durch Gravitationsübergänge von Elektronen erklärt.
Eine Gruppe russischer Astrophysiker der Nationalen Forschungsuniversität für Informationstechnologien, Mechanik und Optik (St. Petersburg) hat eine Theorie entwickelt, die den Mechanismus der Strahlung von Pulsaren im Funkbereich erklärt.
Pulsare werden kosmische Quellen periodisch wechselnder Strahlung genannt (sie haben einen "Puls"). Es kann im optischen, Röntgen-, Radio- und Gammabereich liegen. Astronomen glauben, dass Pulsare Neutronensterne mit einem starken Magnetfeld sind, das in Bezug auf die Rotationsachse geneigt ist, sodass die Strahlung pulsiert. Dies ist eine allgemeine Beschreibung, der genaue Mechanismus der Funkemission ist noch nicht bekannt.
Ein Artikel, der im Astrophysical Journal von einer von N. Teplyakov geleiteten Forschungsgruppe veröffentlicht wurde, bietet eine Erklärung, die gut mit den beobachteten Merkmalen der Strahlung im Funkbereich übereinstimmt. Die Funkemission von Pulsaren hat eine Besonderheit: Sie tritt immer mit derselben Frequenz (kohärent) auf.
Es gibt verschiedene Hypothesen, um den Mechanismus der Strahlung zu erklären, aber das von Wissenschaftlern in St. Petersburg entwickelte Modell hat eine größere Genauigkeit und eine klare physikalische Bedeutung. Es wird angenommen, dass Radiowellen während des Übergangs von Elektronen zwischen Energieniveaus emittiert werden, die gebildet werden, wenn die elektrische Doppelschicht mit der Anziehungskraft der Schwerkraft interagiert.
Auf der oberen "Oberfläche" - oder "Atmosphäre" - des Pulsars, der aus Plasma besteht, erscheint eine doppelte Schicht geladener Teilchen. Das Gravitationsfeld eines Neutronensterns ist so stark, dass geladene Teilchen relativ zur Oberfläche in der Masse verteilt sind: Schwere Ionen werden stärker angezogen und leichte Elektronen "schweben" heraus. Infolgedessen wird eine Trennung nicht nur durch die Masse, sondern auch durch die Ladung der Teilchen gebildet: Es wird eine doppelte elektrische Schicht gebildet. Auf die Elektronen wirken zwei Kräfte: Zum einen werden sie von der negativ geladenen Schicht abgestoßen, zum anderen gibt es eine starke Anziehungskraft, so dass sie nicht in den Weltraum fliegen können.
Im Streben nach einem Zustand mit einem Minimum an potentieller Energie fallen Elektronen in eine Potentialwanne, in der bestimmte gebundene Energiezustände gebildet werden. Der Abstand zwischen den Energieniveaus hängt von der Schwerkraft ab und beträgt im Durchschnitt für Pulsare 1,7 × 10 –6 Elektronenvolt, was einer Funkemission im 400-Megahertz-Bereich entspricht.
Die Kohärenz der Strahlung erklärt sich genau aus den Übergängen zwischen den Ebenen: Der Abstand zwischen ihnen ist konstant.
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Die Richtwirkung der Strahlung wird ebenfalls erklärt. Das Magnetfeld des Pulsars ist sehr stark und beeinflusst Elektronen stärker als Gravitationselektronen. Und der beschriebene Mechanismus funktioniert nur in der Nähe der Pole, wo das Magnetfeld gleichmäßig und senkrecht zur Oberfläche gerichtet ist, wie das magnetische. Es ist auch notwendig, die Landau-Niveaus zu berücksichtigen, die ein geladenes Teilchen einnehmen kann, wenn es sich über das Magnetfeld bewegt. Das elektrische Feld des Sterns sollte parallel zur Oberfläche gerichtet sein, um lokale Störungen des Energieniveaus zu vermeiden.
Richtung der Strahlung von elektrischem Dipol (ED-Strahlung) und magnetischem Dipol (MD-Strahlung) in einen Pulsar; Auf der rechten Seite sind Energieniveaus und Übergänge zwischen ihnen gezeigt, die verschiedene Arten von Strahlung verursachen / N. Teplyakov et al., The Astrophysical Journal.
Infolgedessen führen Übergänge zwischen benachbarten Gravitationsniveaus innerhalb desselben Landau-Niveaus zu elektrischer Dipolstrahlung, die senkrecht zur Richtung des Magnetfelds parallel zur Oberfläche des Neutronensterns verteilt ist. Diese Strahlung ist linear polarisiert und hat ein fächerförmiges Winkelspektrum.
Die zweite mögliche Art des Übergangs besteht zwischen Gravitations- und Magnetniveau gleichzeitig. In diesem Fall tritt magnetische Dipolstrahlung entlang der Achse des Sterns auf, die eine elliptische Polarisation aufweist. Diese Option ist für Pulsare mit einem relativ schwachen Magnetfeld von weniger als 1011 Gauß möglich, da für ihre Implementierung eine erhebliche Füllung der Landau-Pegel erforderlich ist.
Die Theorie kann helfen, Situationen zu erklären, die für Funkpulsare nicht Standard sind.
Anton Bugaychuk
