Природа доказывает, что истина даже страннее, чем вымысел: пульсар выстрелил энергичными частицами по тонкой прямой линии, которая простирается на световые годы в космос. Открытие может объяснить, как антивещество попадает на Землю. Star Trek может зачехлить свои лучевые пушки — пульсары производят гораздо более мощные лучи излучения.
Измельченные звездные ядра, оставленные позади, когда массивная звезда становится сверхновой, являются одними из собственных ускорителей частиц природы. Хотя пульсары размером всего с мегаполис, их головокружительные вращения и мощные магнитные поля могут заряжать частицы до значительной доли скорости света. Кроме того, пульсары светятся высокоэнергетическим излучением, которое само по себе может превращаться в пары электронов и их аналог антиматерии, позитроны.
Вот почему астрономы часто указывают на пульсары как на основной источник антивещества, обнаруженного на Земле. Например, альфа-магнитный спектрометр на борту Международной космической станции обнаружил удивительное количество позитронов. Но те же магнитные поля, ответственные за ускорение частиц, также действуют на их клетку, поэтому некоторые предположили, что обнаруженный избыток AMS может быть сигналом не от пульсаров, а от темной материи. Тем не менее, один из пульсаров показывает нам возможные способы выхода частиц из их пределов.
PSR J2030+4415 — это ядро размером с город, которое вращается три раза в секунду, на расстоянии 1630 световых лет от созвездия Лебедя. В 2020 году Мартин де Фриз и Роджер Романи (оба из Стэнфордского университета) наблюдали этот пульсар с помощью рентгеновской обсерватории Чандра. В дополнение к самому пульсару и светящимся частицам вокруг него они увидели тонкую прямую линию рентгеновского излучения, связанную с пульсаром.
Луч отходит от края изображения Discovery в небесной версии фиолетового карандаша Гарольда. Поэтому Де Фриз и Романи попросили Чандру вернуться для дополнительных наблюдений, чтобы определить истинную протяженность луча (больше страниц для Гарольда), и обнаружили, что он растягивается на 15 угловых минут по небу, или на 7 световых лет.
“Удивительно, что пульсар диаметром всего 15 километров может создать настолько большую структуру, что мы можем видеть ее с расстояния в тысячи световых лет”, — говорит де Фриз. “При том же относительном размере, если бы нить протянулась от Нью-Йорка до Лос — Анджелеса, пульсар был бы примерно в 100 раз меньше, чем самый крошечный объект, видимый невооруженным глазом”.
Команда также получила изображения видимого света с помощью телескопа Gemini на Мауна-Кеа на Гавайях. Изображения показывают водород — альфа — свет, испускаемый атомами водорода, ионизированными энергией пульсара.
Вместе видимый свет и рентгеновские излучения от газа и частиц вокруг пульсара рассказывают историю создания луча. Звездное ядро мчалось через пространство, которому предшествовал носовой удар (как носовая волна, которая гребни впереди моторной лодки), до 20-30 лет назад. Это было, когда что-то, возможно, более плотная среда, замедлило удар носовой части.
“Сам пульсар похож на пулю, которая весит примерно в 1,5 раза больше массы Солнца, — объясняет Романи, — поэтому он вообще не почувствовал увеличения плотности. Он догнал и пробил заглохший носовой удар и продолжал идти”.
Прорыв кратко выровнял собственные линии магнитного поля пульсара с линиями более крупной галактики, позволив тонкой нити частиц вырваться из лап пульсара. Поскольку прорыв произошел в астрономическое мгновение ока (около 12 лет, по оценкам исследователей), частицы по существу освещают одну из линий магнитного поля галактики.
“Это открытие также имеет более широкие последствия для того, как электроны и позитроны могут вырваться из своих родительских пульсаров”, — говорит астрофизик Кая Мори (Колумбийский университет), который не участвовал в исследовании. “Загадочное происхождение избытка позитронов, наблюдаемого на Земле, может быть связано с PSR J2030+4415 и другими нитями пульсара, которые еще предстоит открыть”.
События, подобные этому, могут помочь объяснить, как антивещество может убежать и распространиться по галактике. “Мы уже видим, что нити распространяются с расстоянием от пульсара”, — говорит Романи. “Конечно, пульсары — более прозаическое объяснение позитронов AMS, чем аннигиляция темной материи”.
Как добавляют ученые, наблюдения таких прорывных событий редки — это только четвертый пульсар, который, как известно, произвел длинную узкую нить, но это может быть потому, что эти события настолько же кратки. Они могли происходить на протяжении всей истории нашей галактики.
