Wetenschappers hebben een theorie voorgesteld die de vorming van radio-emissie door pulsars door zwaartekrachtovergangen van elektronen verklaart.
Een groep Russische astrofysici van de National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics (St. Petersburg) heeft een theorie ontwikkeld die het mechanisme van straling van pulsars in het radiobereik verklaart.
Pulsars worden kosmische bronnen van periodiek veranderende straling genoemd (het heeft een "puls"). Het kan in het optische, röntgen-, radio- en gamma-bereik zijn. Astronomen denken dat pulsars neutronensterren zijn met een sterk magnetisch veld dat gekanteld is ten opzichte van de rotatieas, dus de straling pulseert. Dit is een algemene beschrijving, het exacte mechanisme van radio-uitzending is nog niet vastgesteld.
Een artikel gepubliceerd in The Astrophysical Journal door een onderzoeksgroep onder leiding van N. Teplyakov biedt een verklaring die goed overeenkomt met de waargenomen kenmerken van straling in het radiobereik. Radiostraling van pulsars heeft een bijzonderheid: het gebeurt altijd op dezelfde frequentie (coherent).
Er zijn verschillende hypothesen om het mechanisme van straling te verklaren, maar het model dat is ontwikkeld door wetenschappers in Sint-Petersburg heeft een grotere nauwkeurigheid en een duidelijke fysieke betekenis. Aangenomen wordt dat radiogolven worden uitgezonden tijdens de overgang van elektronen tussen energieniveaus, die worden gevormd wanneer de elektrische dubbellaag interageert met zwaartekracht.
Een dubbele laag geladen deeltjes verschijnt op het bovenste "oppervlak" - of "atmosfeer" - van de pulsar, die uit plasma bestaat. Het zwaartekrachtveld van een neutronenster is zo sterk dat geladen deeltjes in massa worden verdeeld ten opzichte van het oppervlak: zware ionen worden sterker aangetrokken en lichte elektronen "zweven" naar buiten. Hierdoor ontstaat niet alleen een scheiding door massa, maar ook door de lading van de deeltjes: er ontstaat een dubbele elektrische laag. Twee krachten werken op de elektronen: enerzijds worden ze afgestoten door de negatief geladen laag, anderzijds is er een sterke aantrekkingskracht, waardoor ze niet de ruimte in kunnen vliegen.
Bij het streven naar een toestand met een minimum aan potentiële energie vallen elektronen in een potentiaalput, waar bepaalde gebonden energietoestanden worden gevormd. De afstand tussen de energieniveaus hangt af van de zwaartekracht en is voor pulsars gemiddeld 1,7 x 10−6 elektronenvolt, wat overeenkomt met radio-emissie in het 400 megahertz-gebied.
De coherentie van straling wordt precies verklaard door de overgangen tussen niveaus: de afstand ertussen is constant.
Promotie video:
De directionaliteit van de straling wordt ook uitgelegd. Het magnetische veld van de pulsar is erg krachtig en beïnvloedt elektronen sterker dan zwaartekracht. En het beschreven mechanisme werkt alleen in de buurt van de polen, waar het magnetische veld uniform is en loodrecht op het oppervlak is gericht, zoals het magnetische veld. Het is ook noodzakelijk om rekening te houden met de Landau-niveaus die een geladen deeltje kan innemen wanneer het over het magnetische veld beweegt. Het elektrische veld van de ster moet parallel aan het oppervlak worden gericht om lokale verstoringen in energieniveaus te voorkomen.
Richting van elektrische dipool- (ED-straling) en magnetische-dipool- (MD-straling) straling in een pulsar; aan de rechterkant worden energieniveaus en overgangen daartussen weergegeven, die verschillende soorten straling veroorzaken / N. Teplyakov et al., The Astrophysical Journal.
Als gevolg hiervan leiden de overgangen tussen aangrenzende zwaartekrachtniveaus binnen hetzelfde Landau-niveau tot elektrische dipoolstraling die loodrecht op de richting van het magnetische veld wordt verdeeld, evenwijdig aan het oppervlak van de neutronenster. Deze straling is lineair gepolariseerd en heeft een waaiervormig hoekspectrum.
Het tweede mogelijke type overgang is tussen gravitatie- en magnetische niveaus tegelijkertijd. In dit geval verschijnt magnetische dipoolstraling langs de as van de ster, die een elliptische polarisatie heeft. Deze optie is mogelijk voor pulsars met een relatief zwak magnetisch veld, minder dan 1011 Gauss, aangezien de implementatie ervan een aanzienlijke vulling van de Landau-niveaus vereist.
De theorie kan helpen bij het verklaren van situaties die niet standaard zijn voor radiopulsars.
Anton Bugaychuk
