Сообщается, что ничто в космосе не посылает излучений подобным образом, и астрономы пытаются объяснить эту аномалию с тех пор, как она была впервые замечена почти 20 лет назад. По словам астрофизика Михаила Медведева, это интерференционная картина возникает в результате дифракции света на плазме с различной плотностью внутри магнитосферы пульсара.
«В геометрической оптике тени, отбрасываемые препятствиями, растягиваются до бесконечности — если вы находитесь в тени, света нет; за ее пределами вы видите свет. Однако волновая оптика демонстрирует иное поведение: волны огибают препятствия и интерферируют друг с другом, создавая чередование ярких и тусклых полос из-за конструктивных и деструктивных помех», — отмечает специалист.
Поясним: пульсар в Крабовидной туманности — это остаток сверхновой, которая вспыхнула на небе Земли в 1054 году нашей эры и находится на расстоянии примерно 6200 световых лет от Земли. Это была впечатляющая гибель массивной звезды, выбросившей свои внешние слои в результате мощного взрыва. Ядро звезды, больше не поддерживаемое давлением термоядерного синтеза, коллапсировало под действием гравитации, образовав нейтронную звезду.
Эти сверхплотные объекты очень малы: масса самых тяжелых из них в 2,3 раза превышает массу Солнца, а диаметр составляет всего 20 километров. Пульсар — это тип нейтронной звезды, излучающей потоки радиоволн со своих полюсов. Из-за быстрого вращения звезды эти струи напоминают лучи маяка, которые проходят мимо Земли, создавая впечатление пульсации.
Астрономы изучают этот пульсар с момента его открытия в 1960-х годах, когда он был обнаружен в центре пузыря расширяющихся обломков, что сделало его первой звездой, уверенно связанной с вспышкой сверхновой. Несмотря на более чем полувековые исследования, здесь все еще остаются загадки: загадочный зебровидный узор был замечен только в 2007 году и стал настоящей головоломкой.
«Он очень яркий практически во всех диапазонах волн, — отмечает Медведев. —Это единственный известный нам объект, который создает зебровидный узор, и он проявляется только в одном компоненте излучения Крабовидного пульсара. Основной импульс широкополосный, как у большинства пульсаров, с другими широкополосными компонентами, характерными для нейтронных звезд. Однако высокочастотный промежуточный импульс уникален: его частота колеблется от 5 до 30 Гигагерц — диапазон, аналогичный частотам микроволновой печи».
Благодаря длительным наблюдениям за пульсаром было собрано огромное количество данных. Медведев использовал эти данные и предположил, что зебровидный узор представляет собой дифракционную полосу. Он разработал модель на основе волновой оптики для расчета плотности плазмы пульсара.
Модель точно воспроизвела наблюдаемые результаты и предоставила ясное объяснение странному поведению пульсара. Медведев выяснил, что при излучении радиоволн взаимодействия между плазмой и магнитным полем создают дифракционную интерференционную картину, которая выглядит как зигзагообразные полосы зебры.
«Обычная дифракционная картина дала бы равномерно расположенные полосы, если бы в качестве экрана служила просто нейтронная звезда», — поясняет астрофизик.
Отмечается, что эта модель может стать новым инструментом для измерения плотности плазмы внутри магнитосфер пульсаров и в других экстремальных средах, где можно наблюдать дифракционные картины. Хотя в небе нет ничего похожего на пульсар в Крабовидной туманности, есть и другие места и способы применения этой модели.
«Известные двойные пульсары, использовавшиеся для проверки общей теории относительности Эйнштейна, также могут быть исследованы с помощью предложенного метода. Это исследование действительно может расширить наше понимание и методы наблюдения пульсаров, особенно молодых и энергичных», — заключает Медведев.
