Krabbpulsaren och dess ränder.

 

De flesta pulsarradiostrålningsutkast är spektralt bredare och brusiga inte så rent bandade som i pulsaren i Krabbnebulosan. En NASA-bild av Krabbnebulosan som tagita av James Webb Space Telescope ses ovan. Foto med tillstånd av NASA. 

Krabbnebulsaren är en relativt ung neutronstjärna och centralstjärna i Krabbnebulosan, resterna av supernovan SN 1054 som observerades över hela Jorden år 1054. Krabbpulsaren upptäcktes år 1968 och var den första pulsar som associerades med resterna av en supernova. En pulsar är en extremt tät, snabbt roterande neutronstjärna – resterna efter en supernova – som skickar ut regelbundna pulser av strålning, främst radiovågor, från sina magnetiska poler. 

"Gravitation förändrar rumtidens form," beskriver Mikhail Medvedev, professor i fysik och astronomi vid KU(university of Kansas)  som kommer att presentera sina resultat vid American Physical Societys Global Physics Summit 2026 som äger rum 15–20 mars på Colorado Convention Center i Denver. "Ljus färdas inte i en rak linje i ett gravitationsfält eftersom själva rymden är böjd," beskriver han. "Det som skulle vara rakt i en platt rumtid blir böjt i närvaro av stark gravitation. I det avseendet fungerar gravitationen som en lins i krökt rumtid."

Gravitationslinsning har diskuterats ingående i samband med svarta hål. Här ser astronomer en "dragkamp" mellan plasma och gravitation som formar den observerade signalen.

"I bilder av svarta hål formar gravitationen ensam strukturen," beskriver Medvedev. "I Crab Pulsar verkar både gravitation och plasma tillsammans. Detta representerar den första verkliga tillämpningen av denna kombinerade effekt."

Relativt nära astronomiskt sett är pulsar en centrerad i Krabbnebulosan belägen i Perseus Arm i Vintergatan endast cirka 6 500 ljusår från jorden . Eftersom den är nära och lätt att observera ger studier av Krabbnebulosan och Krabbpulsaren astronomer insikt i nebulosor, supernovor och neutronstjärnor i allmänhet.

"Det finns ett anmärkningsvärt mönster i en pulsars spektrum," beskriver Medvedev. "Till skillnad från vanliga breda spektra – såsom solljus, som innehåller ett kontinuerligt färgspektrum – visar Krabbans högfrekventa pulsar diskreta spektrala band. Om det vore en regnbåge om man ser spektrat som en regnbåge är det som om bara specifika 'färger' dyker upp utan något däremellan."

De flesta pulsarutkast är spektralt bredare och brusiga, inte bandlika lika rent som Krabbpulsaren.

"Ränderna är helt tydliga med total mörker mellan dem," beskriver Medvedev. "Det finns ett ljust band, sedan inget, ett ljust band, ingenting. Ingen annan pulsar visar denna typ av ränder. Den unika egenskapen pulsaren intressant  och utmanande att förstå."

Medvedev har tagit med Einsteins gravitationsteori i mixen och funnit att den spelar en avgörande roll i Krabbpulsarens zebramönster.

"Den tidigare teoretiska modellen kunde återskapa ränder, men inte med den observerade kontrasten. Gravitationens inkludering ger den saknade pusselbiten," beskriver Medvedev. "Plasmat i pulsarens magnetosfär kan ses som en lins en ofokuserad lins. Gravitationen, däremot, fungerar som en fokuseringslins. Plasma tenderar att sprida ljusstrålar isär. Gravitationen drar dem inåt. När dessa två effekter läggs på varandra finns det specifika vägar där de kompenserar för varandra."

Medvedev beskriver att kombinationen av ett ofokuserad magnetosfärisk plasma och en fokuserande gravitation skapar interferensband i fas och ur fas med radiovågsintensitet som framträder som Crab Pulsars zebraränder.

"Genom symmetri finns det åtminstone två sådana vägar för ljuset," beskriver han. "När två nästan identiska banor för ljus till observatören bildar de en interferometer. Signalerna kombineras. Vid vissa frekvenser förstärker de varandra (i fas) och ger ljusa band. Vid andra tillfällen tar de ut (ur fas), vilket skapar mörker. Det är kärnan i interferensmönstret."

Medvedev sade att han är nöjd med att mekanismen bakom det observerade zebramönstret nu nästan är helt förklarad.

"Det verkar finnas lite ytterligare fysik som krävs för att förklara ränderna kvalitativt," beskriver Medvedev. "Kvantitativt kan det finnas förfiningar. Till exempel inkluderar den nuvarande behandlingen gravitation i en statisk, lägsta ordningens approximation. Pulsaren roterar, och inkludering av rotationseffekter kan introducera kvantitativa förändringar även om de inte är kvalitativa."

Medvedev beskriver att arbetet kan göra det möjligt för forskare att undersöka roterande gravitationsobjekt mer direkt. Dessutom kan den nya förståelsen leda till en ny förståelse för pulsarer i allmänhet. Det utgör också en unik testplats för pulsarteorin och simuleringarna. Modellen kan också vara ett känsligt verktyg för materiefördelningen runt neutronstjärnor och möjligen till och med undersöka deras inre genom dess gravitationseffekter.

En associerad artikel har nyligen publicerats i det peer-reviewade Journal of Plasma Physics.