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. 

Mysteriet med Zebra"- mönstret i Krabbnebulosan är löst.

 

Bild https://news.ku.edu Krabbnebulosan. Källa: NASA

Krabbnebulosan (ett gasmoln) har en neutronstjärna i sitt centrum som är en 12 mil i diameter stor pulsar som kastar ut elektromagnetisk strålning över kosmos. 

– Strålningen här har formen av en fyrstråle och den sveper upprepade gånger förbi jorden under stjärnans rotation, beskriver studiens huvudförfattare Mikhail Medvedev, professor i fysik och astronomi vid KU (Kansas university). – Vi ser fenomenet vanligtvis med en eller två pulser per rotation. Pulsaren är känd som Krabbpulsaren och finns i mitten av Krabbnebulosan 6 000 ljusår bort från oss.

Krabbnebulosan är resterna av en supernova som sågs 1054. Historiska dokument, inklusive kinesiska källor, beskriver en ovanligt ljusstark stjärna som dyker upp på himlen det året.

Men till skillnad från alla andra kända pulsarer har krabbpulsaren har ett zebramönster, beskriver Medvedev. Ett ovanligt bandavstånd i det elektromagnetiska spektrumet proportionellt mot bandfrekvenser och andra ovanliga egenskaper som hög polarisering och stabilitet.

"Det är väldigt ljust över praktiskt taget alla våglängder", beskriver han. – Det här är det enda objekt vi känner till som ger upphov till zebramönster och det förekommer bara i en enda emissionskomponent från krabbpulsaren. Huvudpulsen är en bredbandspuls, typisk för de flesta pulsarer, tillsammans med andra bredbandskomponenter som är gemensamma för neutronstjärnor. Den högfrekventa interpulsen är dock unik och sträcker sig mellan 5 och 30 gigahertz – frekvenser som liknar de i en mikrovågsugn.

Sedan detta mönster upptäcktes och beskrevs i en artikel  2007 beskriver Medvedev att mönstret har visat sig vara "förbryllande" för utredarna. Forskare har föreslagit olika utsläppsmekanismer, men ingen av dem har på ett övertygande sätt förklarat de observerade mönstret.

Med hjälp av data från Krabbpulsaren etablerade Medvedev en metod som använder vågoptik för att mäta densiteten hos pulsarens plasma – "gasen" av laddade partiklar (elektroner och positroner) – med hjälp av ett fransmönster som finns i de elektromagnetiska pulserna.

"Om du har en skärm och en elektromagnetisk våg passerar, fortplantar sig inte vågen rakt igenom", beskriv Medvedev. "Inom geometrisk optik skulle skuggor som kastas av hinder sträcka sig i oändlighet – om du befinner dig i skuggan finns inget ljus; Utanför den ser du ljus. Men vågoptik introducerar ett annat beteende - vågor böjer sig runt hinder och stör varandra, vilket skapar en sekvens av ljusa och svaga fransar på grund av konstruktiv och destruktiv störning.

Detta välkända fenomen orsakas av konsistent konstruktiv interferens, men har olika egenskaper när radiovågor fortplantar sig runt en neutronstjärna.

"Ett typiskt diffraktionsmönster skulle ge jämnt fördelade fransar om vi har en neutronstjärna som sköld", beskriver Medvedev. – Men här genererar neutronstjärnans magnetfält laddade partiklar som bildar ett tätt plasma, som varierar med avståndet från stjärnan. När en radiovåg fortplantar sig genom plasmat passerar den genom utspädda områden men reflekteras av tät plasma. Denna reflektion varierar beroende på frekvens: Låga frekvenser reflekterar vid stora radier och kastar en större skugga, medan höga frekvenser skapar mindre skuggor vilket resulterar i olika kantavstånd."

På detta sätt bestämde Medvedev att Krabbpulsarens plasmamateria orsakar diffraktion i de elektromagnetiska pulser som är ansvariga för neutronstjärnans singulära zebramönster.

– Den här modellen är den första som kan mäta de här parametrarna, beskriver Medvedev. – Genom att analysera fransarna kan vi härleda densiteten och fördelningen av plasma i magnetosfären. Det är otroligt eftersom dessa observationer gör det möjligt för oss att omvandla fransmätningar till en densitetsfördelning av plasmat, vilket i princip skapar en bild eller utför tomografi av neutronstjärnans magnetosfär.

Utöver detta beskriver Medvedev att hans teori kan testas genom att samla in mer data från Krabbpulsaren och finjusteras genom att ta hänsyn till dess kraftfulla och märkliga gravitations- och polarisationseffekter. Den nya förståelsen av hur plasmamateria förändrar en pulsars signal kommer att förändra hur astrofysiker förstår pulsarer.

"Krabbpulsaren är något unik – den är relativt ung med astronomiska mått mätt, bara omkring tusen år gammal och mycket energirik", beskriver han. "Men den är inte ensam; Vi känner till hundratals pulsarer och över ett dussin är unga. Kända binära pulsarer som användes för att testa Einsteins allmänna relativitetsteori, kan också utforskas med den föreslagna metoden. Denna forskning kan bredda förståelsen och observationsteknik för pulsarer, särskilt unga, energirika sådana.

Studien har publicerats i Physical Review Letters.

Krabbnebulosan historia och fakta.

6500 ljusår från Jorden finns krabbnebulosan. Namnet har detta gasmoln fått genom att de som en gång upptäckte molnet tyckte det fanns likheter i formen som påminde om en krabba.

Molnet  bestående av gas och skräp rusar fram i rymden och är resterna av en stjärna som en gång exploderade till en supernova.

Nebulosan finns i Oxens stjärnbild.  Första gången människan upptecknade synen av Krabbnebulosan var på morgonen den 5 juli 1054 i Kina då den lyste så starkt att den under flera veckor även kunde ses på dagtid. Därefter  återupptäcktes den 1731, 1738 och 1844.

På 1820-talet blev upptäckten 1024 förstådd som att det var just krabbnebulosan dessa kineser sett den gången.

För mer information och kunskap om detta moln med rötter från en exploderande stjärna och supernovan som blev följden  följ länken här.