Международная команда исследователей изучила физику высокоэнергетических окрестностей вращающейся нейтронной звезды, называемой пульсаром, при помощи новой компьютерной модели под названием «пульсар в ячейке» (pulsar in a box). Эта модель позволяет отследить траектории заряженных частиц, движущихся в электрическом и магнитном полях рядом с нейтронной звездой, поведение которых может вскрыть механизмы излучения пульсарами гамма- и радиоимпульсов с удивительно неизменной периодичностью.
Пульсар представляет собой сколлапсировавшее ядро массивной звезды, израсходовавшей запасы своего «звездного топлива» и взорвавшейся как сверхновая. В результате действия гравитации материя, масса которой превышает массу Солнца, сжимается в шар размером не больше размера крупного города, при этом происходит увеличение скорости вращения и интенсивности магнитного поля пульсара. Пульсары могут вращаться со скоростью в тысячи оборотов в секунду и обладают одними из самых мощных магнитных полей, известных во Вселенной.
Поэтому пульсары демонстрируют мощные электрические динамо, генерируя сверхсильные электрические поля, в результате действия которых частицы могут быть оторваны от поверхности и получить ускорение, необходимое для отхода в космос.
Космическая гамма-обсерватория НАСА Fermi («Ферми») обнаружила гамма-излучение со стороны 216 пульсаров. Наблюдения показали, что источник этого высокоэнергетического излучения расположен дальше от нейтронной звезды, чем источник радиоимпульсов. Однако до сих пор ученые имеют лишь весьма смутное представление о месте и механизме формирования этих сигналов.
Поэтому в новой научной работе группа, возглавляемая Габриэле Брамбиллой (Gabriele Brambilla), астрофизиком из Центра космических полетов Годдарда НАСА, США, провела подробное компьютерное моделирование высокоэнергетических окрестностей пульсара. В окрестностях пульсара доминируют быстродвижущиеся частицы: электроны и их антиматериальные аналоги – позитроны. Модель нового поколения под названием «пульсар в ячейке», рассчитанная командой Брамбиллы на суперкомпьютерах НАСА Discover и Pleiades, позволила изучить физику окрестностей пульсара «из первых принципов». Основой моделирования стал вращающийся пульсар с магнитным полем, на поверхность которого были инжектированы электроны и позитроны. Наблюдая движение этих частиц и их взаимодействие с электрическим и магнитным полями, ученые выяснили, что большая часть электронов движется в сторону от пульсара, вытекая из него в области магнитных полюсов. Позитроны, с другой стороны, в основном вытекают из пульсара в области низких широт, формируя относительно тонкий слой, называемый «токовым слоем» (current sheet). Самые высокоэнергетические позитроны – число которых составляет менее 0,1 процента от общего числа этих частиц – способны производить гамма-лучи, подобные тем, что были зафиксированы при помощи космической обсерватории Fermi, выяснили исследователи.
Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20181014052623
Обозрение "Terra & Comp".
