¿Qué mecanismo (s) causan la emisión de luz en las estrellas de neutrones?

Usando la longitud de onda de la luz que observamos, la intensidad a la que la observamos y la distancia conocida a la fuente, usando las ecuaciones para la radiación del cuerpo negro, podemos aproximar la temperatura de la fuente si estaba emitiendo térmicamente. Para los rayos X, esto es 10 ^ 11 K, pero para la radio, la emisión dominante para la mayoría de los púlsares, ¡son la friolera de 10 ^ 23 -10 ^ 26 K! (Libro de texto de Longair) Como la temperatura de la radio es muy alta y los números son muy diferentes, algo más debe estar sucediendo.

Dado que los púlsares giran más rápido que una vez por segundo, y tienen campos magnéticos mayores de 10 ^ 8 Tesla la mayor parte del tiempo, el campo magnético en realidad puede arrancar electrones de la superficie de la estrella de neutrones y acelerarlos a lo largo de las líneas de campo. Llegan rápidamente al punto donde ya no emiten radiación sincrotrón al acelerar con respecto a las líneas de campo, pero aún pueden emitir radiación de curvatura. Las líneas del campo magnético no son rectas, y cuando se doblan, los electrones tienen que acelerar. Todo sucede tan rápido que los fotones emitidos por los electrones en aceleración son rayos gamma.

Estos rayos gamma producen pares de positrones de electrones, que luego se aniquilan entre sí y producen más rayos gamma, que producen más pares de positrones de electrones … Se obtiene la esencia. Es una cascada de electrones y fotones. Estos electrones pueden unirse y realizar oscilaciones combinadas. Dado que sus oscilaciones combinadas, el sistema no depende de que cada electrón irradie individualmente, por lo tanto, pueden ser mucho más potentes en ondas de radio de lo que predice la radiación del cuerpo negro.

Este proceso también explica por qué solo ve púlsares en un cierto rango de período y campo magnético, ya que tienen que ser lo suficientemente altos para este proceso extremo.

Otras clases especiales de estrellas de neutrones emiten otras formas de radiación, como los binarios de rayos X, pero esta emisión de ondas de radio cubre la fuente dominante de radiación para la mayoría de las estrellas de neutrones.

Hay algunos mecanismos que contribuyen a las emisiones electromagnéticas de las estrellas de neutrones:

1) La mayoría de las estrellas tienen una cierta cantidad de momento angular solo porque hay entropicamente más formas de tener algo de momento angular que no.

2) La mayoría de las estrellas también tienen un campo magnético por razones que no entiendo muy bien, lo que Wikipedia ha atribuido a la convección, los bucles de corriente y el plasma, junto con una mezcla de otras palabras.

A medida que estas estrellas se extinguen, el momento angular sigue siendo el mismo, pero la estrella se derrumba sobre sí misma, formando una estrella de neutrones que gira muy rápidamente con un fuerte campo magnético.

Si el campo magnético no está perfectamente alineado con el eje de rotación, esto crea un dipolo magnético oscilante, que según las ecuaciones de Maxwell (ajustado adecuadamente para correcciones relativistas generales) emite radiación a la frecuencia angular de la rotación de la estrella de neutrones.

3) La estrella de neutrones todavía tiene una temperatura (a pesar de que no se produce fusión) y, por lo tanto, aún emite aproximadamente radiación de cuerpo negro. Esto es similar al resplandor de una barra de hierro calentada.

4) Las estrellas de neutrones pueden acumular estrés en sus costras. Una vez que el estrés cruza un umbral crítico, la estrella de neutrones puede tener un terremoto para reajustarse: este terremoto libera una cantidad fenomenal de energía muy rápidamente.

Cuando la estrella de neutrones forma el colapso gravitacional libera cantidades masivas de energía (es decir, suficiente para hacer explotar la estrella), una pequeña fracción de esa energía queda atrapada en la estrella de neutrones en forma de calor y campos magentic.

La otra cosa que genera enormes cantidades de energía es cuando la materia se vierte sobre la estrella. La energía gravitacional que se libera genera grandes cantidades de rayos X.

Termodinámica, en su mayor parte. Las estrellas de neutrones contienen una tremenda cantidad de energía térmica. A medida que esa energía llega a la parte superior, hace que la corteza más externa se caliente mucho y la corteza emite radiación del cuerpo negro. ¡Que haya luz!

Hay otros procesos que emiten mucha más energía mucho más rápido, pero la radiación del cuerpo negro es la más consistente. Es así como las estrellas de neutrones de billones de grados recién formadas se enfrían a solo estrellas de neutrones de un millón de grados en unos pocos siglos.