Los científicos han propuesto una teoría que explica la formación de emisiones de radio por púlsares a través de transiciones gravitacionales de electrones.
Un grupo de astrofísicos rusos de la Universidad Nacional de Investigación en Tecnologías de la Información, Mecánica y Óptica (San Petersburgo) ha desarrollado una teoría que explica el mecanismo de radiación de los púlsares en el radio de alcance.
Los púlsares se denominan fuentes cósmicas de radiación que cambia periódicamente (tiene un "pulso"). Puede ser en los rangos óptico, de rayos X, radio y gamma. Los astrónomos creen que los púlsares son estrellas de neutrones con un fuerte campo magnético que está inclinado con respecto al eje de rotación, por lo que la radiación es pulsante. Esta es una descripción general, el mecanismo exacto de emisión de radio aún no se ha establecido.
Un artículo publicado en The Astrophysical Journal por un grupo de investigación dirigido por N. Teplyakov ofrece una explicación que concuerda bien con las características observadas de la radiación en el rango de radio. La emisión de radio de los púlsares tiene una peculiaridad: siempre se produce en la misma frecuencia (coherentemente).
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Hay varias hipótesis para explicar el mecanismo de la radiación, pero el modelo desarrollado por los científicos de San Petersburgo tiene una mayor precisión y un significado físico claro. Se supone que las ondas de radio se emiten durante la transición de electrones entre niveles de energía, que se forman cuando la doble capa eléctrica interactúa con la atracción gravitacional.
Una doble capa de partículas cargadas aparece en la "superficie" superior - o "atmósfera" - del púlsar, que está compuesto de plasma. El campo gravitacional de una estrella de neutrones es tan fuerte que las partículas cargadas se distribuyen en masa en relación con la superficie: los iones pesados se atraen con más fuerza y los electrones ligeros "flotan" hacia afuera. Como resultado, se forma una separación no solo por la masa, sino también por la carga de las partículas: se forma una doble capa eléctrica. Dos fuerzas actúan sobre los electrones: por un lado, son repelidos de la capa cargada negativamente, por otro, hay una poderosa atracción gravitacional, por lo que no pueden volar al espacio exterior.
Luchando por un estado con un mínimo de energía potencial, los electrones caen en un pozo de potencial, donde se forman ciertos estados de energía ligados. La distancia entre los niveles de energía depende de la fuerza de la gravedad y, en promedio, para los púlsares es de 1,7 × 10−6 electronvoltios, que corresponde a la emisión de radio en la región de 400 megahercios.
La coherencia de la radiación se explica precisamente por las transiciones entre niveles: la distancia entre ellos es constante.
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También se explica la direccionalidad de la radiación. El campo magnético del púlsar es muy poderoso y afecta a los electrones con más fuerza que a los gravitacionales. Y el mecanismo descrito funciona solo cerca de los polos, donde el campo magnético es uniforme y se dirige perpendicular a la superficie, como el magnético. También es necesario tener en cuenta los niveles de Landau que puede ocupar una partícula cargada cuando se mueve a través del campo magnético. El campo eléctrico de la estrella debe dirigirse paralelo a la superficie para evitar alteraciones locales en los niveles de energía.
Dirección de la radiación del dipolo eléctrico (radiación ED) y del dipolo magnético (radiación MD) hacia un púlsar; a la derecha se muestran los niveles de energía y las transiciones entre ellos, lo que provoca varios tipos de radiación / N. Teplyakov et al., The Astrophysical Journal.
Como resultado, las transiciones entre niveles gravitacionales adyacentes dentro del mismo nivel de Landau conducen a una radiación dipolo eléctrica distribuida perpendicularmente a la dirección del campo magnético, paralela a la superficie de la estrella de neutrones. Esta radiación está polarizada linealmente y tiene un espectro angular en forma de abanico.
El segundo tipo posible de transición es entre los niveles gravitacional y magnético simultáneamente. En este caso, la radiación dipolo magnético aparece a lo largo del eje de la estrella, que tiene una polarización elíptica. Esta opción es posible para púlsares con un campo magnético relativamente débil, menor a 1011 Gauss, ya que su implementación requiere un llenado significativo de los niveles de Landau.
La teoría puede ayudar a explicar situaciones que no son estándar para los púlsares de radio.
Anton Bugaychuk
