Певний клас подвійних систем, до складу яких входять білий карлик і червоний карлик спектрального класу M, виявився природним джерелом радіовипромінювання. Спалахи повторюються з регулярністю годинника, хоча сам промінь вузькоспрямований і стає видимим лише тоді, коли система повертається до Землі потрібним боком.
Пульсуючі пари
Радіосигнали від подвійних систем з білим і червоним карликами не вкладалися у звичну картину відомих джерел. У деяких випадках спалахи повторюються з інтервалами у кілька хвилин протягом багатьох годин — значно повільніше, ніж імпульси пульсарів, які надходять із періодичністю в межах секунд. Водночас повторюваність надто стабільна, щоб пояснити її випадковими радіосплесками. Це вказувало на потребу у стабільному фізичному процесі в подвійній системі і вимагало окремого пояснення.
Нове дослідження, опубліковане в рецензованому журналі The Astrophysical Journal Letters, пояснює цей механізм через явище під назвою «електронно-циклотронна мазерна нестабільність». Його вперше з потужним радіовипромінюванням системи Юпітера та його супутника Іо ще в 1950-х роках.
Подібний механізм працює в магнітосферах планет і зір, а також пов’язаний із радіовипромінюванням земних полярних сяйв. Найвідоміший приклад — система Юпітер—Іо. Але чи може той самий механізм працювати у подвійній зоряній системі, досі залишалося незрозумілим.
Синхронний рух електронів у симуляції
Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту змоделювали взаємодію білого і червоного карликів на суперкомп’ютері, повідомляє рhys.org. Вони показали, що під час орбітального руху між зорями виникає потужний електричний струм, схожий на той, що є між Юпітером та Іо.
Електрони в цьому потоці втрачають стабільність, їхній рух стає впорядкованим відносно магнітного поля, а вздовж магнітних ліній виникає потік частинок із потрібними для мазерної нестійкості властивостями. Як пояснює співавтор дослідження Еліас Мост, вони танцюють навколо магнітних ліній в унісон, наче у віденському вальсі.
Саме цей колективний рух заряджених частинок і породжує спрямований радіопромінь. Це дещо нагадує лазер, тільки працює в радіодіапазоні. Поки між зорями підтримується електричний струм, механізм генерації радіовипромінювання може діяти постійно. А періодичні спалахи, які ми реєструємо, виникають через те, що вузький промінь час від часу повертається в бік Землі.
Чому спалахи здаються періодичними
Головна несподіванка полягає в тому, що мазер не вмикається і не вимикається. Він світить безперервно, але промінь обертається разом із системою. Спостерігач на Землі бачить спалах лише тоді, коли вузький конус випромінювання проходить крізь промінь зору.
Це пояснює довгі паузи між імпульсами, які так бентежили астрономів. Провідна авторка Іці Чжун зазначає: «Мазер завжди увімкнений, ми просто бачимо його, коли він проходить повз нас». У системі GLEAM-X J0704-37, яку раніше підтвердили як джерело таких спалахів, оберт триває близько трьох годин. Саме з таким інтервалом і повторюються сигнали.
Продуктивність радіовипромінювання виявилася значно вищою
Симуляції також показали, що випромінювання має бути поляризованим, як відблиск світла від поверхні озера. Якщо телескопи зафіксують саме таку поляризацію, це підтвердить, що модель працює правильно.
Механізм виявився до десяти разів продуктивнішим у перетворенні енергії заряджених частинок на радіовипромінювання, ніж вважали раніше. Якщо він справді настільки ефективний, подібні системи можуть бути помітнішими в радіооглядах неба, ніж передбачали попередні оцінки. Результат підтверджує гіпотезу Пітера Голдрайха і Дональда Лінден-Белла, висунуту ще 1969 року для системи Юпітер та Іо, і розширює її на об’єкти далеко за межами Сонячної системи.
