Холодный ветер релятивистской плазмы от пульсара Краб генерирует пульсирующее гамма -излучение сверхвысокой энергии23.02.2012 2:53 | МИФИ, Москва
Пульсар Краб – быстро вращающаяся, сильно замагниченная нейтронная звезда, которая образовалась в результате взрыва сверхновой в созвездии Тельца в 1054 году. Ее масса составляет примерно 1.4-2 солнечных масс, а диаметр – около 25-30 км. Вместе с окружающей пульсар туманностью – это один из наиболее тщательно исследованных астрономических объектов (Рис.1).
Общепринято считать, что пульсары испускают релятивистский ветер электронов и позитронов (релятивистский аналог солнечного ветра), которые образуются в магнитосфере пульсара. Эволюция ветра проходит три последовательных процесса (Рис. 2): в пределах 1000 км от пульсара энергия вращения почти полностью трансформируется в энергию электромагнитного поля ветра, которая затем трансформируется в энергию поступательного движения частиц ветра, т. е. происходит ускорение частиц ветра. В конце концов ветер останавливается давлением межзвездной среды с образованием ударной волны на расстоянии 0.3 световых года от пульсара. В результате этих процессов электроны и позитроны ускоряются до экстремально высоких энергий, образуя пространственно распределенный источник: Крабовидную туманность. Все три процесса должны происходить с невероятно высокой эффективностью (близкой к 100%) для того, чтобы объяснить наблюдения.
Пульсар Краб и Крабовидная туманность являются ярчайшими гамма-источниками. В то время как пульсар излучает преимущественно в области гамма-квантов высоких энергий, Крабовидная туманность излучает в основном гамма-кванты сверхвысокой энергии. А ветер, который переносит энергию от пульсара в Крабовидную туманность остается до сих пор невидимой субстанцией. Удивительно, но несмотря на релятивистские скорости ветра, в системе отсчета, связанной с поступательным движением ветра, электроны являются холодными. Они движутся вместе с магнитным полем ветра и не производят синхротронного излучения. Тем не менее, ветер может излучать гамма-кванты сверхвысокой энергии за счет механизма обратного комптоновского рассеяния релятивистских электронов и позитронов на рентгеновских фотонах, излучаемых в магнитосфере пульсара и/или поверхностью нейтронной звезды. В статье, опубликованной в Nature, Феликс Агаронян, Сергей Боговалов и Дмитрий Хангулян (все являются выпускниками МИФИ, а С.В. Боговалов в настоящее время является профессором каф. 10 НИЯУ МИФИ) показали, что недавние удивительные наблюдения пульсирующего гамма-излучения сверхвысокой энергии от Краба атмосферными черенковскими телескопами VERITAS и MAGIC лучше всего объясняются обратным комптоновским рассеянием. Пульсирующие рентгеновские фотоны пульсара взаимодействуют с релятивистскими электронами ветра преимущественно в области их ускорения. Ветер, таким образом, является источником пульсирующего гамма-излучения и это объясняет наблюдения при варьировании всего трех параметров: места ускорения ветра, максимальной энергии ускорения и уровня анизотропии ветра, которые определяются наблюдениями практически однозначно.
Крабовидная туманность (М1) в созвездии Тельца. Изображение получено орбитальным Хаббловским телескопом (левая панель). На правой панели показано наложение изображение центральной части Крабовидной туманности в видимом свете (красный) и рентгеновских лучах (голубой) с пульсаром в центре. На расстоянии 0.3 световых года от пульсара ветер сталкивается с окружающей его туманностью (Источник: NASA)
Схематическая эволюция пульсарного ветра (электронов и позитронов). Гамма-кванты высоких энергий (&#gamma;) образуются в зоне ускорения за счет обратного Комптоновского рассеяния пульсарного ветра на рентгеновских фотонах (X).
Если предложенная интерпретация верна, тогда регистрация пульсирующего гамма-излучения означает первое наблюдательное свидетельство образования холодного электрон-позитронного ветра от пульсара Краб. Новые данные позволяют нам локализовать в довольно узкой области место ускорения ветра и оценить темп с которым энергия электромагнитного поля трансформируется в кинетическую энергию поступательного движения ветра. Ускорение ветра должно происходить резко в узкой цилиндрической зоне радиусом от 20 до 50 тысяч километров от оси вращения. Интересно, что хотя ускорение ветра до сверхвысоких энергий укладывается в общепринятую точку зрения, требование быстрого ускорения ветра в узкой области и на небольших расстояниях от пульсара является вызовом для теоретиков.
|
Публикации с ключевыми словами:
пульсар в Крабе - Пульсар - нейтронные звезды
Публикации со словами: пульсар в Крабе - Пульсар - нейтронные звезды | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
