在史詩般的爆炸中向外擴張的發光網內，一顆死去的恆星正在地球上閃爍射電脈衝。
這是螃蟹，在它的射電脈衝中存在一種奇怪的信號，令天文學家感到困惑多年來。它被稱為斑馬圖案，在繪製時看起來像是一種奇怪的波長帶間隔，類似於斑馬的尖刺之字形條紋。
太空中沒有任何其他東西能像它一樣發射，自從近二十年前首次觀察到這種模式以來，天文學家一直在尋求解釋。
現在，一位理論天文物理學家認為他可能已經解開了這個謎團。
堪薩斯大學的米哈伊爾·梅德韋傑夫說，這是脈衝星磁層內不同等離子體密度的光衍射產生的干涉圖案。
“如果你有一個屏幕，並且電磁波經過，那麼該波不會直接傳播。”梅德韋傑夫解釋。
「在幾何光學中，障礙物投射的陰影會無限延伸——如果你在陰影中，就沒有光；在陰影之外，你會看到光。但波動光學引入了不同的行為——波在障礙物周圍彎曲並相互幹擾，由於相長和相消干涉而產生一系列明亮和暗淡的條紋。
蟹狀脈衝星是一顆距離地球約 6,200 光年的超新星的殘餘物，於西元 1054 年在地球天空中爆發。這是一顆大質量恆星在猛烈的噴嚏中噴射出其外部物質的壯觀死亡。恆星中心的核心不再受到向外的聚變壓力的支撐，在重力作用下塌陷，形成一個。
這些超高密度天體體積很小，最重的天體質量可達太陽質量的 2.3 倍，形成直徑僅 20 公里（12 英里）的球體。脈衝星是一種中子星，從其兩極噴射出無線電波。當恆星以令人難以置信的速度旋轉時，這些噴流就像燈塔光束一樣掃過地球，使得恆星看起來像是在脈動。
蟹狀脈衝星的自轉週期約為 33 毫秒，這意味著它每秒脈衝約 30 次。
自 20 世紀 60 年代在不斷膨脹的碎片氣泡中發現這顆脈衝星以來，天文學家一直在研究這顆脈衝星，使其成為第一顆確信與超新星事件有關的恆星。半個多世紀以來，它仍然有其神秘之處：神秘的斑馬圖案直到 2007 年才被發現，天哪，這真是一個難題。
“它非常明亮，幾乎跨越所有波段，”梅德韋傑夫說。 「這是我們所知道的唯一能產生斑馬紋的天體，而且它只出現在蟹狀脈衝星的單一發射成分中。主脈衝是寬頻脈衝，是大多數脈衝星的典型特徵。，以及中子星常見的其他寬頻組件。然而，高頻間脈衝是獨特的，範圍在 5 到 30 GHz 之間，與微波爐中的頻率相似。
由於我們長期以來一直如此專注地觀測脈衝星，因此有大量的觀測資料可供使用。梅德韋傑夫利用這些數據，並根據斑馬紋代表衍射條紋的假設，開發了一個基於波動光學的模型來計算脈衝星的等離子體密度。
該模型準確地複製了觀測結果，為脈衝星的奇怪行為提供了巧妙的解釋。梅德韋傑夫發現，當無線電波從脈衝星發出時，等離子體和磁場之間的相互作用會產生看起來像之字形斑馬條紋的衍射干涉圖案。
“如果我們只有一顆中子星作為屏蔽，典型的衍射圖案會產生均勻分佈的條紋，”梅德韋傑夫說。
「但在這裡，中子星的磁場產生帶電粒子，構成緻密等離子體，隨與恆星的距離而變化。當無線電波穿過等離子體傳播時，它會穿過稀薄區域，但會被緻密等離子體反射。
此模型可以代表一種新工具，用於測量脈衝星磁層和其他可以發現衍射圖案的極端環境內的等離子體密度。儘管天空中沒有什麼比蟹狀脈衝星更好的東西，但該模型還有其他地方和方式可以應用。
「蟹狀脈衝星有些獨特——以天文標準來看它相對年輕，只有大約一千歲，而且能量很高，」梅德韋傑夫說。
「但它並不孤單；我們知道數百顆脈衝星，其中有十多顆也是年輕的。已知的雙脈衝星，用於測試愛因斯坦的理論，也可以用所提出的方法來探索。這項研究確實可以拓寬我們對脈衝星的理解和觀測技術，特別是年輕、充滿活力的脈衝星。
該研究發表於物理評論快報。
