Астрономы выяснили, что мертвые нейтронные звезды в центре пульсаров могут посылать радиосигналы не только с полюсов, но и с самой границы своей магнитной досягаемости. Это открытие ломает старые представления, которые десятилетиями твердили обратное. Раньше считалось, что пульсары бьют пучками излучения исключительно от поверхности или около полюсов, а теперь все оказалось сложнее и интереснее.
Как рождаются эти объекты
Пульсары, как и все нейтронные звезды, появляются на свет, когда массивные светила исчерпывают топливо для внутреннего ядерного синтеза и схлопываются. В итоге остается звездный труп такой плотности, что одна чайная ложка его вещества весила бы на Земле около десяти миллионов тонн. При этом коллапсе рождаются самые мощные магнитные поля во Вселенной. А еще звезда начинает бешено вращаться — как фигурист, который прижимает руки, чтобы ускориться. Некоторые нейтронные звезды делают до семисот оборотов в секунду.
Когда такой спиннер выстреливает излучением из полярных областей, оно проносится по космосу, словно лучи маяка. Именно эти космические маяки мы и зовем пульсарами. Кстати, их вращение такое точное и стабильное, что их можно использовать как сверхточные универсальные часы.
Что увидели ученые
Команда исследователей изучила радионаблюдения за примерно двумя сотнями быстро вращающихся пульсаров — их еще называют миллисекундными. Они сравнили эти данные с гамма-лучами. Выяснилось, что примерно у трети этих миллисекундных пульсаров радиоволны идут из двух или более зон вокруг звезды. Для сравнения: у медленных нейтронных звезд такое явление — когда излучение ловится не только с полюсов — заметили всего у трех процентов.
Особенно показательным стало то, что дальние радиоимпульсы совпадали по времени со всплесками гамма-излучения, которые зафиксировал космический телескоп Fermi от NASA. Для исследователей это стало знаком: оба типа электромагнитного излучения рождаются в одних и тех же удаленных от полюсов областях.
Один из участников работы, Саймон Джонстон из австралийского научного агентства CSIRO, объяснил, что их команда ловит сигналы как с поверхности звезд, так и с самого края их магнитного влияния. По его словам, это доказывает, что крошечные быстро крутящиеся звезды устроены куда сложнее и удивительнее, чем думали раньше.
Что это значит на практике
Исследователи пришли к выводу, что миллисекундные пульсары генерируют радиоволны в двух местах: у полюсов и в так называемом токовом слое из заряженных частиц. Этот слой находится далеко от нейтронной звезды, за пределами ее магнитных полей, и вращается вместе с мертвой звездой. Раньше уже знали, что именно токовый слой отвечает за гамма-излучение миллисекундных пульсаров. А теперь совпадение радиоволн и гамма-лучей показало, что у них общий источник.
Это же открытие объясняет странные, рваные профили радиоволн у некоторых миллисекундных пульсаров. Что именно видит астроном — сигнал с полюсов, из токового слоя или сразу отовсюду — зависит просто от того, как пульсар повернут по отношению к нашим телескопам.
Хорошие новости для охотников за рябью пространства-времени
Из этого исследования вытекает полезный практический вывод: миллисекундные пульсары должны ловиться легче, чем предполагали астрономы раньше. Потому что радиоволны разлетаются не узким конусом от полюсов, а гораздо более широким веером. Это значит, пульсару не обязательно быть направленным на Землю идеально точно, чтобы мы его заметили.
Такая новость особенно радует проекты, которые используют целые массивы пульсаров для измерения гравитационных волн — тех самых ряби в пространстве-времени. Однако ученые до сих пор в недоумении: как вообще радиоимпульсы могут рождаться так далеко от нейтронной звезды и ее бурного ближайшего окружения?
Другой член команды, Михаэль Крамер из Института радиоастрономии имени Макса Планка в Германии, подчеркнул, что понимание природы сигналов — откуда они берутся и почему выглядят именно так — критически важно для использования пульсаров в качестве точных измерительных инструментов. Результаты этой работы опубликовали в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
