Pulsarai jau seniai laikomi vienais tvarkingiausių Visatos keistuolių. Tai mirusių žvaigždžių liekanos, suspaustos iki miesto dydžio, besisukančios beprotišku greičiu ir siunčiančios spinduliuotės pluoštus tarsi kosminiai švyturiai. Ilgą laiką atrodė, kad jų radijo „balsas“ gerai suprastas: signalas susidaro netoli paviršiaus, virš magnetinių polių, o visa kita priklauso nuo geometrijos ir stebėjimo kampo.
Nauja greitai besisukančių pulsarų analizė rodo, kad šis vaizdas buvo pernelyg supaprastintas. Tyrėjai peržvelgė milisekundinių pulsarų populiaciją ir padarė išvadą, kad daugelis jų radijo bangas skleidžia ne tik iš „klasikinės“ srities virš polių, bet ir iš zonos, esančios netoli vadinamojo šviesos cilindro ribos ar net už jos – srovės sluoksnyje, siejamame su gama spinduliuote. Būtent ši antroji signalo dalis, anot mokslininkų, galėtų paaiškinti keistus, tarpusavyje aiškiai atskirtus elementus, matomus dalies objektų radijo profiliuose.
Tai nėra menka teorijos korekcija. Jei toks aiškinimas pasitvirtins, teks iš naujo permąstyti, iš kur iš tikrųjų kyla radijo emisija greičiausiai besisukančiose neutroninėse žvaigždėse. Tai svarbu ne tik pulsarų fiziką tyrinėjantiems specialistams, bet ir projektams, kurie pulsarus naudoja kaip kosminius laikrodžius, pavyzdžiui, itin žemo dažnio gravitacinių bangų paieškoms.
Radijo signalas ne visada gimsta ten, kur manyta
Pagal klasikinį modelį pulsaro radijo emisija atsiranda palyginti žemai magnetosferoje – virš vadinamojo poliarinio dangtelio, t. y. srities aplink magnetinius polius. Toks aiškinimas buvo patogus, nes gerai aprašė nemažą dalį stebėjimų. Problemos prasidėdavo tada, kai kai kurių milisekundinių pulsarų profiliai atrodydavo pernelyg neįprastai: juose būdavo ryškiai atskirti komponentai, tarsi signalas ateitų iš dviejų skirtingų „siųstuvų“.
Naujo darbo autoriai teigia, kad tokie „atskirti“ profiliai pasitaiko netikėtai dažnai. Jų analizėje apie 39 proc. milisekundinių pulsarų turi atskirtus radijo komponentus, kai tuo tarpu lėčiau besisukančių pulsarų populiacijoje toks išsidėstymas aptinkamas tik maždaug 3 proc. objektų. Tai nebeatrodo kaip egzotiška išimtis – greičiau kaip ženklas, kad greitieji pulsarai „žaidžia“ pagal sudėtingesnes taisykles nei jų lėtesni giminaičiai.
Stipriausia užuomina veda į emisiją iš šviesos cilindro apylinkių – tai sąlyginė riba, kurioje magnetinis laukas, kad suktųsi kartu su žvaigžde, turėtų judėti šviesos greičiu. Už šios ribos paprastas vaizdas suyra, o magnetosfera tampa gerokai dinamiškesnė ir chaotiškesnė. Būtent ten, kaip manoma, gali gimti dalis radijo signalo, sutampanti su gama emisijos zona. Paprasčiau tariant, pulsaras transliuoja ne vien „iš švyturio“ prie žvaigždės, bet ir iš labai tolimos, audringos srities jo magnetosferos pakraštyje.
Dvi emisijos zonos vietoj vienos
Tyrėjai siūlo dvigubos kilmės modelį. Pirmasis komponentas – seniai žinomas: radijo emisija iš nedidelių aukščių virš magnetinių polių. Antrasis, pasak jų, kyla iš srovės sluoksnio netoli šviesos cilindro – ten, kur seniai buvo lokalizuojama gama spinduliuotė. Šis tolimas komponentas galėtų paaiškinti, kodėl dalis radijo impulsų faziškai išsidėsto panašiai kaip gama signalas, o dalis – ne.
Analizuotoje imtyje bent 61 iš 81 milisekundinio pulsaro, kuris aptinkamas ir gama ruože, rodo požymių, kad turi radijo emisiją, susijusią su šviesos cilindro sritimi. Autoriai netgi teigia, kad beveik visi tokio tipo gama pulsarai galėtų turėti šį komponentą – tiesiog ne visada jis pakankamai ryškus arba palankiai orientuotas mūsų regėjimo linijos atžvilgiu.
Tokie rezultatai keičia įprastą pulsaro vaizdinį, kuris ilgą laiką priminė preciziškai sureguliuotą švyturį. Vis labiau tinka modelis, kuriame objektas transliuoja vienu metu ir iš „centro“, ir iš labai tolimo, audringo savo magnetosferos pakraščio. Vienas „balsas“ gimsta arčiau žvaigždės, kitas – beveik ties riba, kur tvarka pereina į elektromagnetinį chaosą. Iš šio derinio ir susidaro signalas, kurį Žemėje bandome išskaidyti ir suprasti.
Kuo milisekundiniai pulsarai skiriasi nuo lėtesnių?
Milisekundiniai pulsarai yra ypatingi. Tai senos neutroninės žvaigždės, „įsuktos“ medžiaga, kurią jos perima iš palydovinės žvaigždės, todėl gali suktis šimtus kartų per sekundę. Jų šviesos cilindras yra gerokai arčiau žvaigždės nei lėtesnių pulsarų atveju, o visa magnetosfera labiau „suspausta“. Dėl to emisijos sritys, kurios kituose objektuose būtų tolimos ir sunkiai pastebimos, čia gali tapti daug ryškesnės.
Tyrimas taip pat rodo, kad su šviesos cilindru siejami komponentai dažnai pasižymi labai plokščia poliarizacijos kampo eiga. Ilgą laiką tai buvo viena labiausiai gluminančių detalių, trukdžiusių interpretuoti šių objektų geometriją. Jei dalis signalo iš tiesų gimsta toli nuo paviršiaus, daugelis ankstesnių sunkumų nustoja atrodyti kaip atsitiktinių anomalijų rinkinys ir ima dėliotis į nuoseklų paaiškinimą.
Yra ir dar vienas įdomus niuansas: autoriai teigia, kad šviesos cilindro komponentai vidutiniškai gali būti silpnesni už tuos, kurie sklinda iš polių zonos, tačiau kartu pasižymėti platesniu geometriniu „pasiekiamumu“. Tai reikštų, kad danguje gali būti daugiau radijo ruože aptinkamų milisekundinių pulsarų, nei manyta iki šiol – ne todėl, kad jie staiga šviečia ryškiau, o todėl, kad viena jų emisijos zona turi didesnę tikimybę „kirsti“ mūsų regėjimo liniją.
Šaltiniai: „Universe Today“; „Oxford Academy“.
