Зафиксирован выброс необычно жесткого излучения из Крабовидной туманности

Композитное изображение Крабовидной туманности по данным трех телескопов.

Изображение: Chandra, Hubble, Spitzer

Ученые, работающие с телескопом «MAGIC» (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov), обнаружили самый энергичный выброс импульсного излучения из всех, когда-либо зарегистрированных от пульсара PSR B0531+21, находящегося в Крабовидной туманности. Согласно сообщению, опубликованному в журнале Astronomy&Astrophysics, мощность этого излучения достигает 1,5 тераэлектронвольт (ТэВ).

Пульсар в Крабовидной туманности является нейтронной звездой, которая осталась после взрыва сверхновой, образовавшей саму Крабовидную туманность. Его масса больше солнечной примерно в 1,5 раза, скорость вращения достигает 30 оборотов в секунду, и он окружен магнитным полем примерно в десять тысяч миллиардов более мощным, чем наше Солнце. Это поле (магнитосфера) является достаточно мощным, чтобы заставить заряды вращаться с той же скоростью, что и поверхность звезды (в данном случае поверхность — понятие условное). Вращение магнитного поля также разгоняет электроны, которые при таком ускорении создают излучение, улавливаемое нами с Земли.

Наблюдения за пульсаром в Крабовидной туманности производились с помощью черенковского телескопа «MAGIC», который принадлежит обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма в Испании, в течение семи лет с февраля 2007 года по апрель 2014. Информация была дополнена данными радиотелескопа Very Large Array.

Ученые обнаружили самый мощный выброс импульсного излучения из всех, когда-либо зарегистрированных от пульсара PSR B0531+21. Однако примечательно то, что гамма-лучи, обладающие огромной энергией, синхронизировались с радио и рентгеновскими лучами.

Обычно фотоны прибывают в двух отдельных лучах, которые должны быть созданы вдали от поверхности нейтронной звезды. Эти лучи образуются либо где-то на окраине магнитосферы, либо за ее пределами, в ультрарелятивистском ветре частиц вокруг пульсара, чтобы электроны могли разогнаться до таких энергий и при этом избежать большого поглощения магнитосферой. Однако ТэВ-лучи синхронизировались с радио и рентгеновскими лучами, которые, скорее всего, производятся внутри магнитосферы. Чтобы объяснить такую точную синхронизацию лучей авторы работы предлагают два механизма.  

Первое объяснение подразумевает, что в магнитосфере пульсара существуют разреженные участки. Через эти разреженные участки ТэВ-позитроны сообщают свою энергию посредством комптоновского рассеяния скоплению инфракрасных фотонов. Здесь же эти высокоэнергетические фотоны поглощаются и приводят к образованию вторичных электрон-позитроных пар, обладающими энергиями до от ГэВ до нескольких ТэВ. Затем на разреженных участках магнитосферы эти пары могут рассеиваться на фотонах, сообщая им энергию от 10 ГэВ до 5 ТэВ. Эти фотоны покидают магнитосферу и некоторых из них мы можем наблюдать с Земли. Однако такое объяснение неполностью согласуется с существующими теориями.

Альтернативной версией является объяснение через холодный ультрарелятивистский ветер на небольших участках в окрестности пульсара, где синхротронное излучение посредством электронов или позитронов может сообщать энергии инфракрасному и рентгеновскому излучению. Однако здесь трудность заключается в том, что для того, чтобы фотоны получили такую высокую энергию, которую зарегистрировали ученые, радиус этих участков должен быть довольно большим. При значительном радиусе участков частицы не могут получить энергию больше 100 ГэВ.

На данный момент объяснить, где именно и как создаются ТэВ выбросы, ученые не могут, так как это трудно согласовывается со стандартными теориями. Тем не менее проблема того, как и где эффект синхронизации лучей достигается на небольших участках, является, по мнению ученых, вполне разрешимой проблемой для современной физики.

Пульсары являются космическим источником радио, оптического, рентгеновского и гамма излучения. Они были открыты еще в середине двадцатого века и изначально представлялись ученым как очень похожие на звезду объекты, излучающие быстрые импульсы радиоволн. Позднее было обнаружено, что пульсар является быстро вращающейся нейтронной звездой, обладающей мощным магнитным полем, заставляющим ее излучать из магнитных полюсов сильные радиоволны. Из-за вращения полюсов наблюдателю кажется, что свет вращающейся звезды мигает, то исчезая, то появляясь вновь, то есть «пульсирует».

Кристина Уласович

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.