Пульсары могут иметь крошечные горы

Фото из открытых источников

Представьте себе звезду, настолько плотную, что чайная ложка ее материала весила бы столько же, сколько гора Эверест, вращающуюся сотни раз в секунду и излучающую радиоволны по всей вселенной. Это пульсары, коллапсировавшие ядра массивных звезд. Некоторые пульсары нарушают законы физики, как мы их понимаем, и ответ может заключаться в чем-то столь же простом, как крошечные горы на их поверхности.

Ученые давно знали, что пульсары должны в конечном итоге «умереть», когда они замедляются слишком сильно, чтобы генерировать мощные электрические поля, необходимые для создания радиоволн. Эта граница, называемая «линией смерти», отмечает, где пульсар должен замолчать навсегда и, ну, перестать пульсировать! Тем не менее, группа исследователей обнаружила пульсары, которые вполне живы, несмотря на то, что находятся значительно ниже этого теоретического предела.

Два особенно загадочных примера — PSR J0250+5854 и PSR J2144-3933. Эти пульсары должны быть радиотихими согласно современным моделям, однако они продолжают посылать сигналы в космос. До сих пор ученые не могли объяснить, как эти «мертвые» пульсары все еще пульсируют.

Новое исследование Пекинского университета предполагает, что ответ может быть на удивление простым: крошечные горы на поверхности пульсара. Это не те горы, которые мы знаем на Земле; они, вероятно, не выше сантиметра в высоту. Но на нейтронной звезде, где гравитация в 100 миллиардов раз сильнее земной, даже такие маленькие особенности могут иметь драматические последствия.

Исследователи под руководством Цзы-Хао Сюй из Пекинского университета разработали сложные компьютерные модели, чтобы понять, как эти миниатюрные горы будут влиять на мощные электрические поля вокруг пульсаров. Они обнаружили, что крутые склоны этих крошечных пиков значительно усиливают локальное электрическое поле, что значительно облегчает пульсару задачу ускорения частиц и генерации каскадов электронов и позитронов, которые создают радиоволны.

Схематическое изображение пульсара. Сфера в середине представляет собой нейтронную звезду, кривые указывают на линии магнитного поля, выступающие конусы представляют собой лучи излучения, а зеленая линия представляет собой ось, вокруг которой вращается звезда.Схематическое изображение пульсара. Сфера в середине представляет собой нейтронную звезду, кривые указывают на линии магнитного поля, выступающие конусы представляют собой лучи излучения, а зеленая линия представляет собой ось, вокруг которой вращается звезда.

Представьте себе, что вы фокусируете солнечный свет с помощью увеличительного стекла; изогнутая поверхность горы концентрирует электрическое поле в гораздо более мощный луч. Это усиление может снизить энергетический порог, необходимый для запуска радиоизлучения, вдвое или больше, эффективно возвращая к жизни «мертвые» пульсары. Они также дают подсказки о том, из чего на самом деле состоят нейтронные звезды, одна из самых больших неразгаданных тайн в физике. Чтобы горы выжили на поверхности нейтронной звезды, материал должен быть невероятно прочным. Интенсивная бомбардировка частицами высокой энергии быстро разрушила бы любую обычную материю.

Исследователи предполагают, что нейтронные звезды могут состоять из «странгеонной материи», экзотической формы материи, связанной вместе сильным ядерным взаимодействием, а не электромагнитными силами. Этот материал будет достаточно прочным, чтобы сохранять поверхностные характеристики в экстремальных условиях нейтронной звезды, с энергиями связи в миллионы раз сильнее, чем у обычного вещества.

Это исследование открывает новые захватывающие возможности для понимания нейтронных звезд и проверки фундаментальной физики. Если поверхностные горы обычны для пульсаров, астрономы должны иметь возможность обнаружить их эффекты посредством тщательного наблюдения за синхронизацией импульсов и моделями интенсивности. Например, будущий китайский телескоп FAST может обнаружить характерные признаки этих крошечных пиков.

Работа также предполагает, что «сбои» нейтронных звезд, внезапные изменения скорости вращения, могут быть связаны с образованием или разрушением поверхностных гор во время звездотрясений. Это может предоставить новый способ изучения внутренней структуры этих экзотических объектов.