На расстоянии почти 1 000 световых лет от нас находится вращающаяся нейтронная звезда, настолько плотная, что одна ложка её вещества весит примерно столько же, сколько и гора Эверест. Это — пульсар Вела. Астрономы изучают её с большим интересом.

5 октября учёные объявили, что данные, полученные с обсерватории высоких энергий HESS в Намибии, указывают на то, что вероятно, Вела испустила самое высокоэнергетическое излучение из всех пульсаров, которое когда-либо было зарегистрировано.

Похоже, что эта нейтронная звезда излучает гамма-фотоны, которые связаны с длинами волн, имеющими наибольшую энергию из всех волн электромагнитного спектра — с энергией не менее 20 тераэлектронвольт (ТэВ), или 20 триллионов электронвольт.

Араш Джаннати-Атай, руководитель команды и ученый в лаборатории астрочастиц и космологии во Франции, говорит, что для излучения одного фотона с энергией 20 ТэВ потребуется около 2 000 000 обычных солнечных фотонов. 

Если сравнить с видимым светом, то потребуется примерно 2x10^13 видимых фотонов

Хотя Вела является довольно «обычным» пульсаром с частотой вращения 11 оборотов в секунду, это важный объект в астрономии, потому что он находится близко к нам — по космическим меркам.

Обычно ожидается, что пульсары излучают радиацию с энергией ниже десятков ГэВ, не говоря уже о попадании в область энергий в ТэВ (1 ГэВ равен 1 миллиарду электронвольт).

Даже Вела, согласно данным, ранее демонстрировала «скромное» излучение, хотя некоторые теоретические предсказания подразумевали, что она может излучать в диапазоне ТэВ, никто не ожидал увидеть энергию в 20 ТэВ, которую зарегистрировали учёные. «Мы ожидали излучение от Вела на более низких энергиях и обнаружить фотоны, достигающие 20 ТэВ было сюрпризом», — сказал Джаннати-Атай. 

Художественная иллюстрация пульсара Вела и его магнитосферы, край которой отмечен ярким диском. Синие дорожки, расходящиеся наружу, представляют собой пути ускоренных частиц. Они производят гамма-излучение вдоль рукавов, вращающихся спирали из-за столкновения с фотонами, испускаемыми в магнитосфере ( изображены красным). Источник: Science Communication Lab for DESY

Единственный другой пульсар, у которого когда-либо было замечено излучение на уровне ТэВ — Крабовидный пульсар, находящийся на расстоянии более 6 000 световых лет от Земли, но даже он был ограничен на пике примерно 1 ТэВ.

Но есть ещё одно интересное открытие, которое команда раскрыла о Веле. Они обнаружили, что высокоэнергетические фотоны Велы соответствуют ранее неизвестному спектральному компоненту пульсаров. Спектр пульсара — это диаграмма, представляющая все разные интенсивности света и энергии, излучаемой объектом. Это свойственно не только пульсарам. Учёные могут изучать спектры множества космических объектов, пока в их работе присутствует свет.

В спектре Велы команда заметила резко растущий паттерн и явный разрыв между излучениями на уровне ТэВ и излучениями на более низком уровне. Это означает, что очень энергичные фотоны не могут быть продолжением фотонов низкой энергии, которая постепенно возрастает, пока не достигает ТэВ.

«Среди космических объектов пульсары — фантастическое явление. Это — космические лаборатории с невероятными характеристиками, которые мы не можем изучать на Земле», — говорит Джаннати-Атай. 

Даже история возникновения пульсаров впечатляет. Они являются вращающимися остатками звёзд, которые когда-то погибли при взрыве сверхновой. Пульсары почти полностью состоят из нейтронов и испускают пучки излучения, которые иногда проносятся через нашу Солнечную систему. Эти пучки излучения, которые испускаются с опредёленной периодичностью, позволяют учёным составить спектры пульсаров. 

Экстремальность — это ещё одна причина, по которой учёные изучают пространство вокруг пульсаров, чтобы проверить некоторые основные физические концепции. В основном, астрофизики хотят увидеть, сохраняется ли теория общей относительности вокруг пульсаров, потому что эти объекты являются одними из самых сильно гравитационно-интенсивных объектов во Вселенной, а общая теория относительности — это объяснение гравитации самой по себе. 

Джаннати-Атай говорит, что эти результаты предоставляют жёсткие ограничения на понимание источника излучения пульсаров. В настоящее время учёными принято считать, что этот источник представляет собой быстро движущиеся электроны, испускаемые и ускоряемые в магнитосфере пульсара, которые затем направляются к периферии объекта. Однако эту модель не объясняют наблюдения команды: чтобы получить излучение с энергиями, такими высокими, как 20 ТэВ, требуется какой-то ещё «множитель». 

И хотя у исследователей есть некоторые идеи, они намерены полностью разрешить эту головоломку в результате будущих наблюдений. Пока что последние результаты наблюдений открыли новый путь исследований для учёных, работающих среди звёзд. Эти открытия не только расширяют понимание о пульсарах, но также демонстрируют важность изучения этих космических объектов в качестве «космических лабораторий» для проверки фундаментальных физических концепций.

Подробнее на iXBT