Zgodnie z obowiązującymi teoriami fizycznymi, niektóre pulsary nie powinny już emitować żadnych sygnałów. A jednak nadal pulsują. Chińscy naukowcy zaproponowali możliwe wyjaśnienie tej zagadki
Pulsary – pozostałości po wybuchach supernowych – to niezwykle gęste obiekty, które obracają się z ogromną prędkością i emitują regularne wiązki promieniowania. Z czasem jednak ich rotacja słabnie, a gdy tempo obrotu spada poniżej tzw. „linii śmierci”, powinny przestać świecić. Mimo to niektóre z nich wciąż wysyłają sygnały.
Tak jest w przypadku pulsarów PSR J0250+5854 i PSR J2144-3933 – obiektów, które zgodnie z przewidywaniami już dawno powinny zamilknąć. Tymczasem nadal emitują fale radiowe. Zespół z Uniwersytetu Pekińskiego zaproponował oryginalną hipotezę: mikroskopijne „góry” na ich powierzchni mogą lokalnie wzmacniać pole elektryczne i umożliwiać emisję sygnału.
Góra wielkości paznokcia
Na Ziemi pagórek o wysokości kilku milimetrów byłby niezauważalny. Jednak na powierzchni gwiazdy neutronowej – gdzie grawitacja jest sto miliardów razy silniejsza niż ziemska – nawet tak niepozorna wypukłość może mieć ogromne znaczenie. Według badaczy, takie struktury – nazwane „mikrogórami” – mogą działać jak soczewki, koncentrując pole elektryczne niczym szkło powiększające światło.
„Mała góra w pobliżu bieguna magnetycznego może lokalnie zwiększyć natężenie pola elektrycznego nawet dwukrotnie – a to wystarczy, by ponownie uruchomić kaskadę emisji promieniowania radiowego” – tłumaczą autorzy badania, dr Zi-Hao Xu i dr Wei-Yang Wang z Uniwersytetu Pekinskiego.
Symulacje wykazały, że wystarczy, aby stosunek wysokości do promienia podstawy (tzw. stromizna) mikrogóry przekraczał wartość 2,1 dla PSR J0250+5854 i 6,4 dla PSR J2144-3933. Wtedy pulsary znów przekraczają próg aktywności i zaczynają emitować sygnały.
Emisja możliwa tylko dzięki egzotycznej materii?
Jeśli hipoteza jest prawdziwa, może mieć daleko idące konsekwencje. Takie mikrogóry nie utrzymałyby się długo na powierzchni zbudowanej ze zwykłej materii. „Aby nie ulec erozji wskutek bombardowania wysokoenergetycznymi cząstkami, powierzchnia musiałaby być zbudowana z materii o gigantycznej energii wiązania – rzędu megaelektronowoltów” – czytamy w publikacji zespołu.
Prowadzi to do hipotezy, że badane pulsary mogą być tzw. „gwiazdami dziwnymi” (ang. strange stars), zbudowanymi z egzotycznej materii kwarkowej, w której cząstki elementarne wiązane są siłami silnymi, a nie elektromagnetycznymi. Taka materia byłaby znacznie bardziej odporna na uszkodzenia, stabilniejsza i zdolna do zachowania tzw. symetrii kwarkowej.
Pulsary jak sejsmografy gwiazdowe
Obecność mikrogór może również tłumaczyć inne anomalie obserwowane u pulsarów – np. nagłe zmiany tempa rotacji (tzw. glitches), zmiany kształtu impulsów czy przesunięcia między emisją główną a wtórną. Zdaniem badaczy mogą to być efekty tzw. „trzęsień gwiazdy”, które deformują powierzchnię i prowadzą do powstawania nowych mikrogór.
Hipoteza ta może zostać wkrótce zweryfikowana. Radioteleskopy o dużej czułości, takie jak chiński teleskop FAST, mogą być w stanie wykryć charakterystyczne sygnatury emisji z powierzchni „chropowatej” gwiazdy. Również korelacja między nowymi emisjami a anomaliami czasowymi może wskazywać na zmiany w topografii powierzchni pulsarów.
„To otwiera zupełnie nową ścieżkę badań nad strukturą pulsarów i ich wewnętrzną fizyką” – podkreślają autorzy pracy. Ich wnioski mogą mieć znaczenie nie tylko dla astrofizyki, ale i dla zrozumienia podstawowych praw fizyki cząstek.
Źródła:Xu, Z.-H., Wang, W.-Y., Xu, R.-X. (2025). Pulsar Sparking: What if mountains on the surface? arXiv:2506.12305v1 [astro-ph.HE], https://arxiv.org/abs/2506.12305