西蒙斯基金会 中子星表面附近电子-正电子等离子体的模拟密度分布(在图的底部以灰色显示)
更红的区域代表更高密度的电子-正电子对
学分:A
Philippov等人
/物理评论快报2020 1967年，当乔斯林·贝尔第一次观察到脉冲星的辐射时，无线电波有节奏的脉冲让天文学家困惑不已，他们考虑这种光是否可能是外星文明发出的信号
恒星就像恒星灯塔，从它们的磁极射出无线电波束
半个多世纪以来，这些光束的成因一直困扰着科学家
现在，一组研究人员怀疑他们终于找到了负责任的机制
这一发现可能有助于依赖脉冲星辐射时间的项目，如引力波研究
研究人员的提议始于脉冲星的强电场，它将电子从恒星表面撕裂并加速到极限能量
加速的电子最终开始发射高能伽马射线
这些伽马射线被脉冲星的超强磁场吸收后，会产生大量额外的电子和反物质——正电子
新生的带电粒子抑制电场，导致它们振荡
脉冲星强大磁场下的摇摆电场导致电磁波逃逸到太空
利用等离子体模拟，研究人员发现这些电磁波与从脉冲星中观察到的无线电波相匹配
“这个过程很像闪电，”研究的主要作者亚历山大·菲利波夫说，他是纽约市弗拉铁研究所计算天体物理中心的助理研究科学家
“不知从哪里冒出来的，你有一个强大的放电产生电子云和正电子，然后，作为余辉，有电磁波
" 波兰齐罗纳大学的菲利波夫及其合作者安德烈·提莫欣和普林斯顿大学的阿纳托利·斯皮科夫斯基在6月15日的《物理评论快报》上发表了他们的发现
脉冲星是中子星，是坍缩恒星的致密和高度磁化的残余
与其他中子星不同，脉冲星以令人眼花缭乱的速度旋转，有些每秒钟旋转超过700次
旋转产生强大的电场
在脉冲星的两个磁极处，连续的无线电波射向太空
这些无线电辐射是特殊的，因为它们是相干的，这意味着产生它们的粒子彼此同步运动
随着脉冲星的旋转，光束在天空中盘旋
从地球上看，当光束进出我们的视线时，脉冲星似乎在闪烁
这些闪烁的时间非常精确，其精确度堪比原子钟
几十年来，天文学家一直在思考这些光束的来源，但未能给出一个可行的解释
菲利波夫、提莫欣和斯皮科夫斯基对这个问题采取了新的方法，他们对脉冲星磁极周围的等离子体进行了二维模拟(以前的模拟只有1D，不能显示电磁波)
他们的模拟复制了脉冲星的电场如何加速带电粒子
这种加速产生高能光子，它们与脉冲星的强磁场相互作用，产生电子-正电子对，然后电子-正电子对被电场加速，产生更多的光子
这个失控的过程最终用电子-正电子对填满了这个区域
在模拟中，电子-正电子对产生它们自己的电场，与初始电场相反并减弱初始电场
最终，原始电场变得如此微弱，以至于它达到零，并开始在负值和正值之间振荡
如果振荡电场不与脉冲星的强磁场完全一致，就会产生电磁辐射
研究人员计划扩大他们的模拟规模，以更接近脉冲星的现实物理，并进一步探索这一过程是如何工作的
菲利波夫希望他们的工作将最终改善依靠精确观测脉冲星辐射到达地球的时间的研究
例如，引力波天文学家测量脉冲星计时的微小波动，以检测拉伸和压缩时空结构的引力波
菲利波夫说:“如果你了解辐射本身是如何产生的，我们就有希望制造出脉冲星时钟误差的模型，用于改进脉冲星计时阵列。”
此外，他说，这种更深入的理解可能有助于解决从中子星发出的无线电波周期性爆发的神秘来源，即所谓的快速无线电爆发
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