Naukowcy z ITMO University wyjaśnili, w jaki sposób gwiazdy neutronowe generują intensywną kierunkową emisję radiową. Stworzyli model oparty na przejściu cząstek między stanami grawitacyjnymi, czyli stanami kwantowymi w polu grawitacyjnym.
Gwiazdy neutronowe są jednym z najbardziej niesamowitych obiektów astronomicznych, ponieważ w gęstości są gorsze tylko od czarnych dziur. Wewnątrz nie ma oddzielnych atomów i jąder. Taka wysoka gęstość spowodowała ogromną grawitację, prowadząc do unikalnych właściwości fizycznych, takich jak kierunkowa emisja radiowa.
Na Ziemi badania gwiazd neutronowych rozpoczęły się po raz pierwszy w 1967 r., Kiedy zaczęły odbierać sygnały okresowe. Początkowo sądzili nawet, że to dzwon z pozaziemskich cywilizacji. Wkrótce jednak zdali sobie sprawę, że emisja gwiazd neutronowych jest procesem naturalnym i nie zawiera żadnej wiadomości. Fale radiowe mają postać wąskiej wiązki, która „świeci” w przestrzeni niczym latarnia, gdy obraca się gwiazda. Przypomina zatem okresowe pulsacje.
Najbardziej tajemniczą w gwiazdach neutronowych jest mechanizm generujący taką kierunkową emisję radiową. Ponad 50 lat nie znaleziono odpowiedzi. Ale ostatnio naukowcy z ITMO University opisali ten proces. Opracowali model teoretyczny oparty na podobnych stanach obserwowanych w elektronach nanokryształów półprzewodnikowych i polach grawitacyjnych. Naukowcy zbadali, jak elektrony poruszają się w pobliżu powierzchni gwiazdy neutronowej. Nie są w stanie przedrzeć się przez nią z powodu dużej gęstości materii wewnątrz gwiazdy. Jednocześnie elektrony są przyciągane na powierzchnię przez potężną grawitację. W rezultacie cząstki są wychwytywane w cienkiej warstwie tuż nad powierzchnią gwiazdy. Prawa mechaniki kwantowej mówią, że energia uwięzionych elektronów może przyjmować tylko wartości dyskretne. Jeśli elektrony spadają na powierzchnię, przechodzą przez dyskretne stany grawitacji, emitując energię w postaci fal radiowych.
Autorzy zauważyli, że pomimo ekscytujących wyników wykorzystali dobrze znane zasady fizyki. Mianowicie, mechanizm emisji radiowej dla gwiazd neutronowych przypomina zwykły laser. W przyszłości planują wykorzystać model do badania stanów grawitacyjnych innych masywnych obiektów w przestrzeni.
