Cientistas propuseram uma teoria que explica a formação da emissão de rádio por pulsares por meio de transições gravitacionais de elétrons.
Um grupo de astrofísicos russos da Universidade Nacional de Pesquisa de Tecnologias da Informação, Mecânica e Óptica (São Petersburgo) desenvolveu uma teoria que explica o mecanismo de radiação dos pulsares na faixa de rádio.
Pulsares são chamados de fontes cósmicas de radiação que muda periodicamente (tem um "pulso"). Pode ser nas faixas ótica, raio-X, rádio e gama. Os astrônomos acreditam que os pulsares são estrelas de nêutrons com um forte campo magnético inclinado em relação ao eixo de rotação, de modo que a radiação é pulsante. Esta é uma descrição geral, o mecanismo exato de emissão de rádio ainda não foi estabelecido.
Um artigo publicado no The Astrophysical Journal por um grupo de pesquisa liderado por N. Teplyakov oferece uma explicação que concorda bem com as características observadas de radiação no alcance do rádio. A emissão de rádio dos pulsares tem uma peculiaridade: ocorre sempre na mesma frequência (coerentemente).
Existem várias hipóteses para explicar o mecanismo da radiação, mas o modelo desenvolvido pelos cientistas de São Petersburgo tem maior precisão e significado físico claro. Supõe-se que as ondas de rádio são emitidas durante a transição dos elétrons entre os níveis de energia, que se formam quando a dupla camada elétrica interage com a atração gravitacional.
Uma camada dupla de partículas carregadas aparece na "superfície" superior - ou "atmosfera" - do pulsar, que é composta de plasma. O campo gravitacional de uma estrela de nêutrons é tão forte que partículas carregadas são distribuídas sobre a massa em relação à superfície: íons pesados são atraídos com mais força e elétrons leves "flutuam" para fora. Como resultado, uma separação é formada não apenas pela massa, mas também pela carga das partículas: uma dupla camada elétrica é formada. Duas forças atuam sobre os elétrons: por um lado, eles são repelidos da camada carregada negativamente, por outro, há uma poderosa atração gravitacional, de modo que não podem voar para o espaço sideral.
Esforçando-se por um estado com um mínimo de energia potencial, os elétrons caem em um poço de potencial, onde certos estados de energia limitada são formados. A distância entre os níveis de energia depende da força da gravidade e, em média, para os pulsares é de 1,7 × 10−6 elétron-volts, o que corresponde à emissão de rádio na região de 400 megahertz.
A coerência da radiação é explicada precisamente pelas transições entre os níveis: a distância entre eles é constante.
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A direcionalidade da radiação também é explicada. O campo magnético do pulsar é muito poderoso e afeta os elétrons mais fortemente do que os gravitacionais. E o mecanismo descrito funciona apenas próximo aos pólos, onde o campo magnético é uniforme e direcionado perpendicularmente à superfície, como o magnético. Também é necessário levar em consideração os níveis de Landau que uma partícula carregada pode ocupar ao se mover através do campo magnético. O campo elétrico da estrela deve ser direcionado paralelamente à superfície para evitar distúrbios locais nos níveis de energia.
Direção da radiação dipolo elétrico (radiação ED) e dipolo magnético (radiação MD) em um pulsar; à direita são mostrados os níveis de energia e as transições entre eles, causando vários tipos de radiação / N. Teplyakov et al., The Astrophysical Journal.
Como resultado, as transições entre níveis gravitacionais vizinhos dentro do mesmo nível de Landau levam a radiação dipolo elétrica distribuída perpendicularmente à direção do campo magnético, paralela à superfície da estrela de nêutrons. Esta radiação é linearmente polarizada e possui um espectro angular em forma de leque.
O segundo tipo possível de transição é entre os níveis gravitacional e magnético simultaneamente. Nesse caso, a radiação dipolo magnética aparece ao longo do eixo da estrela, que possui uma polarização elíptica. Esta opção é possível para pulsares com campo magnético relativamente fraco, menor que 1011 Gauss, pois sua implementação requer um preenchimento significativo dos níveis de Landau.
A teoria pode ajudar a explicar situações que não são padrão para pulsares de rádio.
Anton Bugaychuk
