Wetenschappers van de ITMO University legden uit hoe neutronensterren intense directionele radiostraling genereren. Ze creëerden een model gebaseerd op de overgang van deeltjes tussen zwaartekrachtstoestanden, dat wil zeggen kwantumtoestanden in een zwaartekrachtveld.
Neutronensterren zijn een van de meest verbazingwekkende astronomische objecten, omdat ze in dichtheid alleen inferieur zijn aan zwarte gaten. Binnen zijn er geen afzonderlijke atomen en kernen. Een dergelijke hoge dichtheid veroorzaakte enorme zwaartekracht, wat leidde tot unieke fysieke eigenschappen, zoals directionele radio-emissie.
Op Aarde begon de studie van neutronensterren voor het eerst in 1967, toen ze periodieke signalen begonnen op te pikken. Aanvankelijk dachten ze zelfs dat het een bel was van buitenaardse beschavingen. Maar al snel beseften ze dat de emissie van neutronensterren een natuurlijk proces is en geen enkele boodschap bevat. Radiogolven hebben de vorm van een smalle straal die in de ruimte "schijnt" als een baken wanneer een ster draait. Het lijkt daarom op periodieke pulsaties.
De meest mysterieuze in neutronensterren is het mechanisme dat zulke gerichte radiostraling genereert. Meer dan 50 jaar geleden werd het antwoord niet gevonden. Maar recentelijk hebben onderzoekers van de ITMO University het proces beschreven. Ze ontwikkelden een theoretisch model gebaseerd op vergelijkbare toestanden waargenomen in elektronen van halfgeleidende nanokristallen en zwaartekrachtvelden. Wetenschappers onderzochten hoe elektronen bewegen in de buurt van het oppervlak van een neutronenster. Ze kunnen er niet doorheen breken vanwege de hoge dichtheid van materie in de ster. Tegelijkertijd worden elektronen door krachtige zwaartekracht naar het oppervlak getrokken. Als gevolg hiervan worden de deeltjes gevangen in een dunne laag net boven het oppervlak van de ster. De wetten van de kwantummechanica stellen dat de energie van ingesloten elektronen alleen discrete waarden kan aannemen. Als elektronen naar de oppervlakte vallen, gaan ze door discrete zwaartekrachtstoestanden en straalt energie uit in de vorm van radiogolven.
De auteurs merkten op dat ze, ondanks de opwindende resultaten, de algemeen bekende principes van de fysica gebruikten. Het mechanisme van radio-uitzending voor neutronensterren lijkt namelijk op een gewone laser. In de toekomst zijn ze van plan om het model te gebruiken om de zwaartekrachtstoestanden van andere massieve objecten in de ruimte te bestuderen.
