_ Интернациональная группа астрономов зарегистрировала импульсное гамма-излучение пульсара
PSR B0531+21, которое имело рекордную энергию, превышающую 100 ГэВ.

Пульсары, напомним, были обнаружены более 40 лет назад и в наше время считаются быстро вращающимися намагниченными нейтронными звёздами. В их магнитосферах, вращающихся вместе со звёздами, заряженные частицы ускоряются до релятивистских энергий и испускают излучение, попадающее в диапазон от радиоволн до гамма-лучей. Составить детальное описание этого процесса, которое устраивало бы большинство специалистов, пока не удаётся: существует несколько весьма убедительных моделей, отличающихся друг от друга по расположению области ускорения частиц.

Магнитные полюса поля пульсара не совпадают с геометрическими и являются источниками гамма излучения, которое распространяется узким конусом. Для любого наблюдателя, попавшего в поле действие этих лучей, нейтронная звезда будет представляться пульсирующим объектом.

PSR B0531+21, расположенный в Крабовидной туманности на расстоянии в 6 500 ± 1 600 световых лет
от Земли, представляет собой остаток сверхновой, наблюдавшейся ещё в 1054 году. Открытый в 1968 году, пульсар был первым отождествлённым остатком взрыва сверхновой.
Период его вращения составляет ~33 мс, а индукция магнитного поля на поверхности — 3,8•10¹² Гс.
Попытки обнаружить высокоэнергетичное гамма-излучение PSR B0531+21 предпринимались и раньше,
но зарегистрированная энергия до настоящего момента не превосходила 25 ГэВ.

Массив VERITAS и импульсное гамма-излучение PSR B0531+21
( иллюстрация Jose Francisco Salgado ).

Участники нового исследования провели наблюдения пульсара с помощью массива из четырёх черенковских телескопов VERITAS, размещённых в Аризоне. В фокальной плоскости каждого телескопа находится камера, составленная из 499 фотоэлектронных умножителей и отмечающая «ливни частиц» в атмосфере по коротким вспышкам черенковского излучения. Причиной появления таких «ливней» может быть гамма-излучение или космические лучи.

Система телескопов VERITAS способна видеть следы столкновения гамма-квантов с атмосферой Земли на высоте порядка 10 километров ( до поверхности такое излучение не добирается ).
Наблюдения растянулись на четыре года, а общая их длительность достигла 107 часов. Никаких сомнений в том, что обнаруженное VERITAS импульсное гамма-излучение в диапазоне энергий 100–400 ГэВ связано с
PSR B0531+21, быть не может: период импульсов соответствует результатам измерений, выполненных ранее
в рентгеновской и радиочастотной областях спектра.

Подобное гамма-излучение не описывается в современных моделях пульсаров. Вероятность того, что гамма-кванты хорошо известного теоретикам изгибного излучения, испускаемые электронами, которые движутся вдоль искривлённых силовых линий магнитного поля, достигают энергии, превышающей 100 ГэВ, чрезвычайно мала. Объяснить новые результаты могло бы обратное комптоновское рассеяние фотонов на электронах, в результате которого энергия фотонов увеличивается, но эту гипотезу ещё нужно будет тщательно проверить.

Результат рентгеновских наблюдений Туманности, выполненных «Чандрой».
Пульсар PSR B0531+21 выглядит как белая точка в центре изображения.

_ Синхротронная теория накладывает определенные ограничения на расстояние между осью вращения нейтронной звезды и областью вращения магнитного поля и связанной с ним вторичной плазмы, испускающей электромагнитные кванты. Это расстояние носит название «радиуса светового цилиндра».

Как резюмируют авторы статьи, «только в экстремальном случае ускоряющего поля, близком к допустимым максимумам его напряженности и радиуса в пределах радиуса светового цилиндра, синхротронное излучение может достигать значений 100 ГэВ.
Таким образом, крайне маловероятно, что синхротронное излучение объясняет механизм наблюдаемой гамма-эмиссии 100 ГэВ и выше».
Впрочем, излучение в нижнем диапазоне вполне может быть и синхротронным, отмечают астрономы. Тогда «крабовый» пульсар, сочетающий разные механизмы лучевой эмиссии, представляет собой намного более сложный объект, чем считалось ранее: синхротрон плюс что-то еще, что только требуется установить.

В качестве альтернативы ( или дополнения ) синхротронной модели, отвечающей за диапазон ниже 100 ГэВ, они предлагают рассматривать эффект изменения длины электромагнитного излучения вследствие его взаимодействия с электронами ( за открытие этого эффекта Нобелевская премия по физике в 1927 году была вручена Артуру Комптону, имя которого он носит ).

Электроны в сильном магнитном поле пульсара разгоняются до таких скоростей, что их энергия оказывается выше, чем энергия фотонов. Тогда в процессе взаимодействия возникает уже обратный эффект Комптона — увеличение частоты излучения за счет передачи энергии от электрона фотону.
Именно такой «накачкой» объясняется, например, рентгеновская составляющая реликтового фонового излучения, интенсивность которого меняется из-за взаимодействия электромагнитных квантов с высокоэнергетическим электронами разогретого межзвездного газа.

Если обратный эффект Комптона действительно имеет место в случае с наблюдаемым пульсаром, то вещество, выбрасываемое звездой и образующее вторичную излучающую плазму, должно накачиваться в магнитном поле звезды до экстремально больших энергий. Как это происходит — пока неясно. Ясно только, что из-за упрямства и хорошей интуиции некоторых астрономов без работы физики-теоретики не останутся.