Открытие астрономов: радиосигналы пульсаров рождаются не только у полюсов, но и на краю смерти

Астрономы обнаружили, что быстро вращающиеся мёртвые звёзды, называемые нейтронными звёздами, которые находятся в центре пульсаров, способны испускать радиосигналы из своих краёв. Это открытие может перевернуть десятилетия научных представлений о том, что пульсары излучают пучки радиации только вблизи своей поверхности и со стороны полюсов.

Пульсары, как и все нейтронные звёзды, рождаются, когда массивные звёзды исчерпывают топливо для внутреннего термоядерного синтеза и коллапсируют, образуя звёздный остаток настолько плотный, что если бы чайную ложку его вещества доставили на Землю, она весила бы около 10 миллионов тонн. Этот коллапс также порождает мощнейшие магнитные поля во Вселенной — и, подобно тому как космический аналог фигуриста прижимает руки к телу, чтобы увеличить скорость вращения, схлопывание может разогнать нейтронную звезду до 700 оборотов в секунду.

Когда эти быстро вращающиеся нейтронные звёзды испускают излучение со своих полюсов, оно проносится по космосу, словно лучи света от космического маяка. Именно эти космические маяки известны как пульсары. Более того, скорость вращения пульсаров настолько точна и стабильна, что их можно использовать в качестве высокоточных универсальных «часов».

Новый взгляд на старые «маяки»

Команда исследователей под руководством австралийского агентства CSIRO и Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) изучила радиоизлучение около 200 быстро вращающихся пульсаров (так называемых миллисекундных пульсаров) и сравнила эти данные с гамма-наблюдениями. Результат оказался неожиданным: примерно у 33% этих объектов радиоволны исходили не только от полюсов, но и из двух или более удалённых областей вокруг звезды. Для сравнения: среди более медленных нейтронных звёзд такое многозонное излучение зафиксировано лишь у 3%.

Ключевой подсказкой стало совпадение: удалённые радиоимпульсы точно совпадали по времени со всплесками гамма-излучения, зарегистрированными космическим телескопом Fermi NASA. Это указало учёным, что оба типа электромагнитного излучения рождаются в одних и тех же неполярных и удалённых областях.

«Мы регистрируем сигналы как с поверхности звёзд, так и с самого края их магнитного влияния. Это исследование показывает, что эти крошечные, бешено вращающиеся звёзды ещё сложнее и удивительнее, чем мы думали», — заявил член команды Саймон Джонстон из CSIRO.

Что это значит для науки?

Команда пришла к выводу, что миллисекундные пульсары производят радиоволны одновременно в двух местах: вблизи полюсов мёртвой звезды и в закрученном «токовом слое» заряженных частиц, который находится дальше от нейтронной звезды, за пределами её магнитных полей. Ранее считалось, что именно токовый слой отвечает за гамма-излучение миллисекундных пульсаров. Теперь же совпадение радиоволн и гамма-лучей указывает на их общее происхождение.

Это открытие объясняет и странную «разорванную» форму радиопрофилей у некоторых миллисекундных пульсаров. То, что видят астрономы — сигналы от полюсов, от токового слоя или оба сразу, — зависит только от того, как пульсар ориентирован относительно наших телескопов.

Практическая польза и новые загадки

Хорошая новость: теперь пульсары должно стать легче обнаруживать, чем предполагалось ранее. Поскольку радиоволны исходят из более широкого диапазона направлений, а не только из узкого конуса от полюсов, пульсару не обязательно быть идеально выровненным с Землёй, чтобы его можно было наблюдать.

Это особенно важно для проектов по измерению гравитационных волн (ряби пространства-времени), где используются целые массивы пульсаров. Однако учёных всё ещё ставит в тупик вопрос: как радиоимпульсы могут генерироваться так далеко от нейтронной звезды, в её турбулентном и хаотичном окружении?

«Понимать, откуда приходят их сигналы и почему они выглядят именно так — жизненно важно для использования пульсаров в качестве прецизионных инструментов», — отметил член команды Михаэль Крамер из MPIfR.

Результаты исследования были опубликованы 25 марта в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.