Ученые из Университета ITMO объяснили, как нейтронные звезды генерируют интенсивное направленное радиоизлучение. Они создали модель, основанную на переходе частиц между гравитационными состояниями, то есть, квантовыми состояниями в гравитационном поле.
Нейтронные звезды – одни из наиболее удивительных астрономических объектов, так как по плотности уступают лишь черным дырам. Внутри нет отдельных атомов и ядер. Такая высокая плотность стала причиной огромной гравитации, что приводит к уникальным физическим свойствам, вроде направленного радиоизлучения.
На Земле изучение нейтронных звезд впервые началось в 1967 году, когда стали улавливать периодические сигналы. Поначалу даже думали, что это звоночек от внеземных цивилизаций. Но вскоре поняли, что излучение нейтронных звезд – природный процесс и не содержит какого-то послания. Радиоволны поступают в виде узкого луча, который «светит» в пространстве как маяк при вращении звезды. Поэтому напоминает периодические пульсации.
Наиболее загадочным в нейтронных звездах остается механизм, генерирующий такое направленное радиоизлучение. Более 50 лет ответ не был найден. Но недавно исследователи из Университета ITMO описали процесс. Они разработали теоретическую модель, основанную на аналогичных состояниях, наблюдаемых в электронах полупроводниковых нанокристаллов и гравитационных полей.
Ученые рассмотрели, как электроны перемещаются возле поверхности нейтронной звезды. Они не способны прорваться сквозь нее из-за высокой плотности вещества внутри звезды. Одновременно электроны притягиваются к поверхности мощной гравитацией. В итоге, частички захватываются в тонком слое чуть выше поверхности звезды. Законы квантовой механики гласят, что энергия захваченных электронов может принимать лишь дискретные значения. Если электроны падают на поверхность, то переходят через дискретные состояния гравитации, излучая энергию в виде радиоволн.
Авторы отметили, что несмотря на волнительные результаты, они использовали известные принципы физики. А именно то, что механизм радиоизлучения для нейтронных звезд напоминает обычный лазер. В будущем планируют использовать модель для изучения гравитационных состояний других массивных объектов в пространстве.