Кратко: глитч — внезапный скачок частоты вращения $\nu$ и часто связанное изменение производной $\dot{\nu }$. Основные кандидаты — внутренние механизмы нейтронной звезды и внешние/магнитосферные события. Ниже — что именно происходит в каждом случае, какие характерные подписи ожидать и какие наблюдения помогут различить гипотезы.
Внутренние механизмы
- Сверхтекучая компонента (вихревое «открепление» вихрей):
- Механизм: вихри сверхтекучего нейтронного компонента внезапно отщелкивают от дефектов и передают угловой момент коре/кожуру.
- Модель: перенос углового момента даёт $\Delta \nu =(I_s/I_c)\Delta {\Omega }_s$ (где $I_s$ — момент инерции сверхтекучего слоя, $I_c$ — момент «связанной» коры), при сохранении момента: $\Delta \nu /\nu \sim -\Delta I/I$.
- Ожидаемые сигналы: внезапный шаг $\nu$, часто последующее частичное восстановление экспоненциально с одним или несколькими временами $\tau$; изменение $\dot{\nu }$ (обычно увеличение по модулю); характерные восстановления с параметром лечения $Q=1-\Delta {\nu }_p/\Delta \nu$.
- Типичный масштаб: $\Delta \nu /\nu \sim 10^{-11}-10^{-5}$.
- Звёздные «землетрясения» (starquake):
- Механизм: разрушение или перестройка твердой коры изменяет момент инерции $I$ => мгновенный $\Delta \nu$ через $\Delta \nu /\nu =-\Delta I/I$.
- Ожидаемые сигналы: быстрый шаг $\nu$, обычно меньший по амплитуде чем у крупных вихревых глитчей; может быть постоянный (малая/нет восстановления); возможны короткие импульсы сейсмического нагрева (увеличение теплового излучения).
- Магнитная перестройка / внутренние магнитные вспышки:
- Механизм: внезапная перестройка внутреннего магнитного поля меняет распределение напряжений и момент инерции, либо вызывает ускоренную отцепку вихрей.
- Ожидаемые сигналы: глитч часто сопровождается рентгеновскими/гамма-спайками (особенно в магнитарах), тепловым выбросом, изменением профиля пульса.
Внешние факторы и магнитосферные эффекты
- Изменение магнитосферного крутящего момента:
- Механизм: переход магнитосферы в другое состояние (смена токов, замыкание/размыкание плазмы) меняет тормозящий момент на звезде.
- Ожидаемые сигналы: скачок/изменение $\dot{\nu }$ (иногда без большого мгновенного $\Delta \nu$), существенные изменения профиля пульса, поляризации и излучаемой мощности; часто нет экспоненциального восстановления внутреннего типа.
- Короткая аккреция (падение газа/обломка):
- Механизм: удар/аккреция массы меняет момент импульса звезды.
- Ожидаемые сигналы: спайк в излучении (рентген/оптический), изменение $\nu$ и $\dot{\nu }$ в соответствии с переданным моментом; может быть сопутствующее увеличение яркости.
- Удар небесного тела (астероид/комета):
- Редко; ожидать одновременно внезапный крутящий импульс и кратковременный световой/радиосигнал.
- Переходы электрофизики пульса (mode switching, nulling):
- Могут имитировать шаги в $\dot{\nu }$ из‑за изменения усреднённого профиля/фаз, часто сопровождаются видимыми изменениями профиля и статистики одиночных импульсов.
Какие данные и признаки помогут различить гипотезы (приоритеты)
1. Высокоточность и каденс тайминга:
- Измерить $\Delta \nu$, $\Delta \dot{\nu }$, более высокие производные $\ddot{\nu }$, и времена восстановления.
- Подписи: мгновенный шаг + экспоненциальное восстановление → сверхтекучесть; постоянный шаг без восстановления → starquake или изменение $I$.
2. Восстановление: оценить параметр лечения $Q$ и времена $\tau$:
- Модель сверхтекучести часто даёт частичное восстановление с несколькими $\tau$ (секунды → дни → годы).
- Чисто магнитосферные переходы часто приводят к изменённому $\dot{\nu }$ без классического экспоненциального восстановления.
3. Многодлинновая (радио + рентген/гамма/оптика) синхронная съёмка:
- Наличие рентген-/гамма-спайка или повышения теплового излучения рядом по времени указывает на магнитарный взрыв или starquake.
- Отсутствие излучательных событий не исключает внутренние механизмы (сверхтекучесть).
4. Изменения профиля пульса и поляризации:
- Сильные изменения профиля/поляризации → магнитосферная перестройка или внешняя аккреция.
- При стандартных вихревых глитчах профиль часто не меняется.
5. Радио-яркость и одиночные импульсы:
- Изменения статистики одиночных импульсов → магнетосфера/mode switching.
6. Дисперсия и межзвёздное рассеяние (DM, scattering):
- Правило: если обнаружено изменение DM или преобладание эффекта передачи — нужно исключить пропагационные артефакты.
7. Энергетический баланс:
- Оценка энергии, необходимой для изменения $\nu$, и сравнение с доступной энергией (магнитная, аккреционная). Энергия глитча порядка $\Delta E\sim I\Omega \Delta \Omega$.
8. Каденс наблюдений во время и сразу после события:
- Быстрота нарастания (rise time < секundy) поддерживает внутренний, вязко-упругий/сверхтекучий сценарий.
9. Поиск повторяемости:
- Частые крупные глитчи типичны для молодых пульсаров (внутренние); редкие одиночные с рентген‑спайком — магнитары/starquake.
Короткие формулы для анализа
- Сохранение момента при изменении момента инерции: $\frac{\Delta \nu }{\nu }=-\frac{\Delta I}{I}$.
- Передача углового момента от сверхтекучего: $\Delta \nu =\frac{I_s}{I_c}\Delta {\Omega }_s$.
- Параметр «лечения»: $Q=1-\frac{\Delta {\nu }_p}{\Delta \nu }$ (где $\Delta {\nu }_p$ — постоянная часть шага).
Вывод (кратко): для выделения наиболее правдоподобной гипотезы нужны: точный измеренный $\Delta \nu$ и $\Delta \dot{\nu }$ с высокочастотным таймингом, изучение восстановления (времена $\tau$, $Q$), одновременные многодлинновые наблюдения (радио + рентген/гамма), мониторинг профиля и поляризации, проверка DM/распространения и оценка энергетики события.