Observation af blinkende pulsarer for at forstå mystisk interstellar plasma

Pulsarer - hurtigt roterende rester af stjerner, der blinker som et fyrtårn - viser af og til ekstreme variationer i lysstyrke. Forskere forudsiger, at disse korte lysstyrker opstår, fordi tætte områder af interstellar plasma (den varme gas mellem stjerner) spreder radiobølgerne, der udsendes af pulsaren. Men vi ved stadig ikke, hvor de energikilder, der kræves for at danne og opretholde disse tætte plasmaregioner, kommer fra. For bedre at forstå disse interstellare formationer kræver vi mere detaljerede observationer af deres struktur i lille skala, og en lovende vej for dette er i scintillationen eller "glitringen" af pulsarer.

Når en pulsars radiobølger bliver spredt af det interstellare plasma, interfererer de separate bølger og skaber et interferensmønster på Jorden. Når Jorden, pulsaren og plasmaet bevæger sig i forhold til hinanden, observeres dette mønster som lysstyrkevariationer i tid og i frekvens:det dynamiske spektrum. Dette er scintillation. Takket være den punktlignende natur af pulsarsignaler sker spredningen og blinken i små områder af plasmaet. Efter specialiseret signalbehandling af det dynamiske spektrum kan vi observere slående parabolske træk kendt som scintillationsbuer, der er relateret til billedet af pulsarens spredte stråling på himlen.

En bestemt pulsar, kaldet J1603-7202, gennemgik ekstrem spredning i 2006, hvilket gør den til et spændende mål for at undersøge disse tætte plasmaregioner. Pulsarens bane er dog stadig ikke blevet bestemt, da den kredser om en anden kompakt stjerne kaldet en hvid dværg i en ansigtsbane, og forskerne har ikke alternative metoder til at måle den i denne situation. Heldigvis tjener scintillationsbuer et dobbelt formål:deres krumninger er relateret til pulsarens hastighed, såvel som afstanden til pulsaren og plasmaet. Hvordan pulsarens hastighed ændres, mens den kredser, afhænger af banens orientering i rummet. Derfor, i tilfældet med pulsar J1603-7202, beregnede vi i vores nylige undersøgelse ændringerne i buernes krumning over tid for at bestemme orienteringen.

De målinger, vi opnåede for kredsløbet af J1603-7202, er en væsentlig forbedring sammenlignet med tidligere analyser. Dette demonstrerer levedygtigheden af ​​scintillation ved at supplere alternative metoder. Vi målte afstanden til plasmaet og viste, at den var omkring tre fjerdedele af afstanden til pulsaren, fra Jorden. Dette synes ikke at falde sammen med positionerne for nogen kendte stjerner eller interstellare gasskyer. Pulsar scintillationsundersøgelser udforsker ofte strukturer som denne, som ellers er usynlige. Spørgsmålet forbliver derfor åbent:hvad er kilden til plasmaet, der spreder pulsarens stråling?

Endelig er vi ved hjælp af vores kredsløbsmåling i stand til at estimere massen af ​​J1603-7202's orbitale følgesvend, som er omkring halvdelen af ​​solens masse. Når man betragter det sammen med den meget cirkulære bane af J160-7202, antyder dette, at ledsageren sandsynligvis er en stjernerest sammensat af kulstof og oxygen - et sjældnere fund omkring en pulsar end de mere almindelige helium-baserede rester.

Da vi nu besidder en næsten komplet model af kredsløbet, er det nu muligt at transformere scintillationsobservationer af J1603-7202 til spredte billeder på himlen og kortlægge det interstellare plasma på solsystemskalaer. At skabe billeder af de fysiske strukturer, der forårsager ekstrem spredning af radiobølger, kan give os en bedre forståelse af, hvordan sådanne tætte områder dannes, og af den rolle, det interstellare plasma spiller i galaksernes udvikling. + Udforsk yderligere

Plasmalinser opdaget i black widow pulsar