Nowa analiza szybkich pulsarów pokazuje jednak, że ten obraz był zbyt grzeczny. Badacze przejrzeli populację milisekundowych pulsarów i doszli do wniosku, że wiele z nich emituje fale radiowe nie tylko z klasycznego rejonu nad biegunami, ale również z obszaru położonego aż przy granicy tak zwanego cylindra światła, a nawet poza nim, w warstwie prądowej powiązanej z emisją gamma. To właśnie ten drugi składnik ma tłumaczyć dziwne, rozdzielone elementy widoczne w profilach radiowych części obiektów.
To nie jest drobna korekta na marginesie teorii. Jeśli ten obraz się utrzyma, trzeba będzie inaczej myśleć o tym, skąd naprawdę bierze się radiowa emisja najszybciej wirujących gwiazd neutronowych. A to ważne nie tylko dla samej fizyki pulsarów, lecz także dla projektów wykorzystujących je jak kosmiczne zegary, między innymi do polowania na fale grawitacyjne o bardzo niskich częstotliwościach.
Radio nie zawsze rodzi się tam, gdzie sądziliśmy
W klasycznym modelu radiowa emisja pulsara powstaje stosunkowo nisko w magnetosferze, nad tak zwanym polar cap, czyli obszarem wokół biegunów magnetycznych. To rozwiązanie było wygodne, bo dobrze tłumaczyło sporą część znanych obserwacji. Problem pojawiał się wtedy, gdy profile niektórych milisekundowych pulsarów wyglądały zbyt dziwnie: miały od siebie wyraźnie odseparowane składniki, jakby sygnał docierał z dwóch różnych nadajników.
Autorzy nowej pracy pokazali, że takie “rozłączone” profile są zaskakująco częste. W ich analizie około 39% milisekundowych pulsarów ma rozdzielone składniki radiowe, podczas gdy w populacji wolniejszych pulsarów taki układ pojawia się tylko u około 3% obiektów. To już nie wygląda na egzotyczny wyjątek. To raczej sygnał, że szybkie pulsary grają według bogatszych reguł niż ich wolniejsi kuzyni.
Najmocniejszy trop prowadzi do emisji z okolic cylindra światła, czyli umownej granicy, gdzie pole magnetyczne musiałoby współobracać się z gwiazdą z prędkością światła. Dalej ten prosty obraz się łamie, a magnetosfera robi się znacznie bardziej brutalna i dynamiczna. Właśnie tam ma powstawać część sygnału radiowego, współlokowana z emisją gamma. Mówiąc prościej: pulsar nie nadaje tylko “z latarni”, ale także z bardzo odległej, rozchwianej strefy przy skraju własnego pola wpływu.
Dwie strefy emisji zamiast jednej
Badacze proponują model podwójnego pochodzenia sygnału. Pierwszy składnik jest starym znajomym: emisja radiowa z niskich wysokości nad biegunami magnetycznymi. Drugi ma pochodzić z warstwy prądowej w pobliżu cylindra światła, tam, gdzie od dawna lokowano emisję gamma. To właśnie ten daleki składnik ma tłumaczyć, dlaczego część radiowych impulsów układa się w fazie podobnie do sygnału gamma, a część nie.
W analizowanej próbce co najmniej 61 z 81 milisekundowych pulsarów wykrywanych także w promieniowaniu gamma wykazuje oznaki radiowej emisji związanej z cylindrem światła. Autorzy idą nawet dalej i sugerują, że niemal wszystkie gamma-pulsary tego typu mogą pokazywać taki składnik, tylko nie zawsze jest on dostatecznie jasny albo dobrze ustawiony względem naszej linii widzenia.
To dużo zmienia, bo przez lata myśleliśmy o pulsarze trochę jak o precyzyjnie ustawionej latarni morskiej. Tymczasem bardziej pasuje tu obraz obiektu, który nadaje jednocześnie z centrum i z bardzo odległego, burzliwego obrzeża własnej magnetosfery. Jeden głos jest bliżej gwiazdy, drugi rodzi się niemal na granicy, gdzie porządek zaczyna przechodzić w elektromagnetyczny bałagan. I właśnie z tej mieszaniny powstaje sygnał, który później na Ziemi próbujemy rozebrać na czynniki pierwsze.
Dlaczego milisekundowe pulsary zachowują się inaczej niż wolniejsze?
Milisekundowe pulsary są szczególnym przypadkiem. To stare gwiazdy neutronowe “rozkręcone” przez materię odbieraną od towarzysza, przez co potrafią obracać się setki razy na sekundę. Ich cylinder światła leży znacznie bliżej gwiazdy niż w wolniejszych pulsarach, a cała magnetosfera jest bardziej ściśnięta. To sprawia, że obszary emisji, które w innych obiektach byłyby odległe i słabo widoczne, tutaj mogą mocniej zaznaczać swoją obecność.
Z pracy wynika też, że składniki związane z cylindrem światła często mają bardzo płaski przebieg kąta polaryzacji, co od dawna było jedną z bardziej irytujących zagadek przy interpretacji geometrii tych obiektów. Jeśli część sygnału rzeczywiście rodzi się daleko od powierzchni, wiele dawnych trudności nagle przestaje wyglądać jak zestaw anomalii, a zaczyna układać się w spójną historię.
Jest tu też ciekawy szczegół: autorzy sugerują, że komponenty z cylindra światła są średnio słabsze od tych znad biegunów, ale zarazem mogą mieć szerszy zasięg geometryczny. To oznacza, że na niebie może istnieć więcej radiowo wykrywalnych milisekundowych pulsarów, niż wcześniej zakładano. Nie dlatego, że nagle świecą mocniej, tylko dlatego, że jedna z ich stref emisji ma większą szansę przeciąć naszą linię widzenia.
Źródła: Universe Today; Oxford Academy
