Astronomi so se več kot 20 let spraševali, zakaj radijski signali iz Rakovega pulsarja kažejo nenavaden vzorec svetlih in temnih pasov, ki spominjajo na zebraste črte. Nova analiza teoretičnega astrofizika z Univerze v Kansasu zdaj ponuja skoraj popolno razlago tega pojava. Po njegovih ugotovitvah je ključ do vzorca v nenavadnem prepletanju dveh fizikalnih učinkov: vpliva plazme v okolici pulsarja in gravitacijskega lečenja.
Raziskavo vodi fizik in astronom Mihail Medvedev, ki je svoje delo predstavil na srečanju Ameriškega fizikalnega društva leta 2026. Povezani znanstveni članek je bil sprejet v reviji Journal of Plasma Physics. Po njegovih besedah kombinacija gravitacije in plazme ustvarja pojav, ki ga astronomi pri pulsarjih še niso opazili.
„Gravitacija spreminja obliko prostor-časa,“ pojasnjuje Medvedev. „Svetloba v močnem gravitacijskem polju zato ne potuje po ravni črti. Kar bi bilo v ravnem prostor-času ravno, postane ukrivljeno.“
Rakov pulsar je ostanek eksplozije supernove, ki so jo leta 1054 zabeležili kitajski in japonski astronomi. Nahaja se v meglici Rak v Perzejevem spiralnem kraku naše galaksije, približno 6500 svetlobnih let od Zemlje.
Ker je relativno blizu in dobro viden z Zemlje, velja za enega najpomembnejših objektov za preučevanje nevtronskih zvezd. Pulsarji so izjemno gosti ostanki zvezd, ki se zelo hitro vrtijo in oddajajo močne pulze elektromagnetnega sevanja.
Rakov pulsar je pri tem še posebej zanimiv, saj njegovi radijski signali kažejo nenavaden spektralni vzorec.
„V pulsarjevem spektru vidimo izjemen pojav,“ pravi Medvedev. „Namesto neprekinjenega spektra, kot ga ima na primer sončna svetloba, se pojavljajo jasno ločeni pasovi. Če bi šlo za mavrico, bi videli le določene barve, vmes pa popolno temo.“
Edinstven pojav med pulsarji
Večina pulsarjev oddaja radijske valove, katerih spekter je precej širši in bolj neurejen. Pri Rakovem pulsarju pa so pasovi presenetljivo čisti in jasno ločeni.
Medvedev poudarja, da je prav ta značilnost dolgo časa predstavljala velik izziv za teoretične modele.
„Proge so popolnoma ločene – svetel pas, nato nič, spet svetel pas,“ pojasnjuje. „Noben drug pulsar ne kaže takšne izrazite strukture.“
Pred nekaj leti je Medvedev predstavil model, ki je pokazal, da pomembno vlogo pri nastanku vzorca igra plazma v magnetosferi pulsarja. Ta lahko povzroča uklon elektromagnetnih valov, ki jih pulsar oddaja.
Vendar ta model ni pojasnil, zakaj so opazovani pasovi tako kontrastni.
Vloga gravitacijskega lečenja
V novejši analizi je raziskovalec v model vključil še en ključni fizikalni pojav – gravitacijsko lečenje. Gre za učinek, pri katerem močno gravitacijsko polje ukrivi pot svetlobe, podobno kot optična leča.
Po Medvedevu plazma in gravitacija v okolici pulsarja delujeta kot dve različni vrsti leč.
„Plazmo v magnetosferi pulsarja si lahko predstavljamo kot razpršilno lečo, ki svetlobne žarke razširi,“ pojasnjuje. „Gravitacija pa deluje kot fokusirna leča, ki žarke usmeri navznoter.“
Ko se oba učinka prekrivata, nastanejo posebne poti, po katerih lahko svetloba potuje do opazovalca.
Kozmični interferometer
Zaradi simetrije sistema lahko svetloba do opazovalca pride po več skoraj enakih poteh. Ko se ti signali srečajo, pride do interferenčnega pojava.
„Če dve skoraj enaki poti prineseta svetlobo do opazovalca, nastane interferometer,“ pojasnjuje Medvedev.
Pri nekaterih frekvencah se valovi med seboj okrepijo in ustvarijo svetle pasove, pri drugih pa se izničijo, kar povzroči temna območja. Prav ta izmenjava svetlih in temnih pasov tvori značilni „zebrasti“ vzorec v radijskih signalih pulsarja.
Po besedah raziskovalca je kombinacija plazme in gravitacije prvi primer takšnega pojava v resničnem astronomskem okolju.
„Pri slikah črnih lukenj strukturo oblikuje predvsem gravitacija,“ pravi Medvedev. „Pri Rakovem pulsarju pa sodelujeta tako gravitacija kot plazma.“
Novi vpogledi v nevtronske zvezde
Raziskovalec meni, da je mehanizem za nastanek zebrastih črt zdaj skoraj v celoti pojasnjen. Dodatne izboljšave modela bodo verjetno potrebne predvsem za natančnejše kvantitativne izračune.
Sedanji model na primer obravnava gravitacijo v statičnem približku, medtem ko se pulsar v resnici zelo hitro vrti. Upoštevanje rotacijskih učinkov bi lahko nekoliko spremenilo izračune, vendar po njegovem mnenju ne bi bistveno spremenilo osnovnega fizikalnega mehanizma.
Nova razlaga bi lahko imela širše posledice za raziskave pulsarjev. Po Medvedevih besedah bi lahko model postal tudi orodje za preučevanje porazdelitve snovi okoli nevtronskih zvezd in celo za raziskovanje njihove notranje strukture prek gravitacijskih učinkov.
Rakov pulsar tako ostaja eden najpomembnejših laboratorijev za razumevanje ekstremne fizike v vesolju, kjer se prepletajo gravitacija, magnetna polja in plazma v pogojih, ki jih na Zemlji ni mogoče poustvariti.
