Протягом десятиліть астрономів спантеличували виразні «смуги зебри» в радіовипромінюванні крабоподібного пульсара — залишку наднового, що спостерігається понад тисячу років тому. Нове дослідження Університету Канзасу нарешті розгадало фізику цього явища, показавши, що за цими незвичайними візерунками стоїть не тільки динаміка плазми, а й спотворюючий простір-час впливу гравітації.
Наднова, побачена крізь час
Крабоподібний пульсар – це залишок зірки, що вибухнула в 1054 році нашої ери, подія, зафіксована астрономами різних культур, включаючи китайську, японську та корінні американські. Туманність, що утворилася, тепер відома як Туманність Крабовидки (або M1), знаходиться приблизно в 6500 світлових роках у сузір’ї Тельця. Вперше відзначена в 1731 і знову відкрита Шарлем Месьє в 1758, смугаста структура туманності залишалася ключовим питанням в астрофізиці.
«Боротьба» між гравітацією та плазмою
Радіовипромінювання крабового пульсара не є випадковим. Натомість воно проявляється у вигляді різких, чітких смуг, розділених повною темрявою, – візерунок, схожий на зебру, що не має аналогів у жодного іншого пульсара. Ключ до розуміння цього, за словами професора Університету Канзасу Михайла Медведєва, лежить у взаємодії між гравітацією та плазмою пульсара.
Гравітація спотворює простір-час: світло не поширюється прямими лініями поблизу масивних об’єктів. Натомість гравітація згинає його шлях подібно до лінзи. У той час як гравітаційне лінзування добре вивчене в контексті чорних дірок, це перший випадок, коли астрономи спостерігали цей ефект у поєднанні із впливом плазми.
Плазма розсіює, гравітація фокусує: Магнітосфера пульсара містить плазму, яка має тенденцію розсіювати світлові промені назовні. Одночасно гравітація притягує їх усередину. Коли ці дві протилежні сили вирівнюються, вони створюють інтерференційні картини — яскраві смуги, де сигнали посилюють одна одну, і темні смуги, де вони пригнічують одна одну.
Унікальна інтерференційна картина
Більш ранні моделі могли відтворити смуги, але не з тією контрастністю, яка спостерігається у крабоподібного пульсара. Включивши теорію гравітації Ейнштейна, професор Медведєв тепер надав повне пояснення. Поєднання плазми та гравітації створює інтерференційні смуги інтенсивності радіохвиль, які проявляються як смуги зебри пульсара.
«Попередня теоретична модель могла відтворити смуги, але з спостерігається контрастністю. Включення гравітації надає елемент, що бракує». – Михайло Медведєв
Це дослідження має наслідки для нашого ширшого розуміння нейтронних зірок, наднових та туманностей. Крабоподібний пульсар — відносно близький приклад, що легко спостерігається, що пропонує астрономам унікальну лабораторію для вивчення цих явищ. Незважаючи на те, що можуть бути потрібні деякі уточнення з урахуванням обертання пульсара, основний механізм, що лежить в основі смуг, мабуть, повністю пояснений.
Нове дослідження буде опубліковано в Journal of Plasma Physics і в даний час доступне на arXiv (arXiv: 2602.16955). Отримані дані підтверджують, що Всесвіт продовжує розкривати свої секрети завдяки поєднанню усталеної фізики та точним спостереженням.
