Ny mekanisme for radioemission i neutronstjerner frigivet

Unge forskere fra ITMO University har forklaret, hvordan neutronstjerner genererer intens rettet radioemission. De udviklede en model baseret på partiklernes overgange mellem gravitationstilstande, dvs. kvantetilstande i et gravitationsfelt. Forskerne var de første til at beskrive sådanne tilstande for elektroner på overfladen af ​​neutronstjerner. Fysiske parametre opnået med den udviklede model er i overensstemmelse med reelle eksperimentelle observationer. Resultaterne offentliggøres i The Astrophysical Journal .

Neutronstjerner er nogle af de mest fantastiske astronomiske objekter, da deres tæthed kun er næst efter sorte huller. Inde i neutronstjerner, der er ingen individuelle atomer og kerner. I øvrigt, på grund af så høj densitet, neutronstjerner har en enorm tyngdekraft, hvilket resulterer i unikke fysiske egenskaber såsom rettet radioemission, som spillede en stor rolle i opdagelsen af ​​neutronstjerner.

På jorden, strålingen fra neutronstjerner blev først observeret i 1967 i form af periodiske signaler, oprindeligt fik videnskabsmænd til at antyde, at det kan være kommet fra en udenjordisk civilisation. Imidlertid, forskere fandt hurtigt ud af, at strålingen fra neutronstjerner var naturlig af oprindelse og ikke havde nogen særlig information. Dens strenge periodicitet viste sig at være resultatet af en usædvanlig udbredelsesvej. Neutronstjerner udsender radiobølger som en smal stråle, der "lyser" gennem rummet som et fyr, mens stjernen roterer. Derfor, radioemissionen af ​​neutronstjerner observeres som periodiske pulsationer.

Et af de mest forvirrende spørgsmål i neutronstjernernes fysik er mekanismen, der genererer en sådan rettet radioemission. I løbet af de sidste halvtreds år, videnskabsmænd kunne ikke finde et klart svar på dette spørgsmål. For nylig, et hold af teoretiske fysikere fra ITMO University beskrev, hvordan pulsarer genererer radioemission. De udviklede en teoretisk model baseret på de lignende tilstande observeret i elektroner i halvleder nanokrystaller og dem i gravitationsfelter.

Forskere undersøgte, hvordan elektroner bevæger sig nær overfladen af ​​en neutronstjerne. Elektroner kan ikke gå gennem overfladen på grund af den høje tæthed af stof inde i stjernen. Samtidigt, elektroner tiltrækkes af stjernens overflade af stærk tyngdekraft. Som resultat, partikler "fanges" i et tyndt lag lige over stjernens overflade. Ifølge kvantemekanikkens love, energien af ​​de fangede elektroner kan kun tage diskrete værdier. Hvis elektronerne falder ned på overfladen af ​​neutronstjernen, de passerer over de diskrete tyngdekraftstilstande, udsender energi i form af radiobølgestråler.

"Miljøet på overfladen af ​​en neutronstjerne ligner meget det, der findes i en laser, " forklarer Nikita Teplyakov, forsker ved Laboratory of Modeling and Design of Nanostructures på ITMO University. "Der eksisterer den såkaldte befolkningsinversion, hvilket betyder, at miljøet er rigt på højenergipartikler. Når de bevæger sig til de lavere energiniveauer, de udsender stråling, der får nærliggende partikler til også at reducere deres energi. Vi evaluerede frekvensen af ​​elektronovergange mellem gravitationsforhold på en neutronstjerne og så, at de svarer til radiobåndet. Vi havde aldrig engang mistanke om, at dette var noget, ingen havde gjort før, men det viste sig, at vi var, Ja, den første."

Ifølge forskerne, denne undersøgelse begyndte i en kvantemekaniktime, da de arbejdede på en opgave. "Opgaven var ret triviel:vi skulle beskrive gravitationstilstanden på Jordens overflade. Men på Jorden, tyngdekraften er ikke særlig stærk, så der opstår ingen interessante effekter; det er næsten umuligt at observere tyngdekraftsforhold her. Derfor foreslog vores professor Yuri Rozhdestvensky, at vi gjorde den samme opgave for en neutronstjerne med en stærk tyngdekraft. Da vi indså, at vi faldt over noget interessant, vi begyndte at udvikle en model. Det viste sig, at vi fik en ganske nøjagtig beskrivelse af de eksperimentelle data, " siger Tatiana Vovk, medlem af Laboratory of Modeling and Design of Nanostructures.

Forfattere bemærker, at på trods af dets afsløringer, dette arbejde anvender enkle og velkendte fysikprincipper. Nemlig radioemissionsforstærkningsmekanismen for neutronstjerner ligner en af ​​de konventionelle lasere. I fremtiden, videnskabsmænd planlægger at bruge deres model til en undersøgelse af gravitationstilstande for andre massive objekter i universet.