Наблюдение за мерцающими пульсарами поможет понять загадку межзвездной плазмы

Пульсары - это быстро вращающиеся остатки звезд, которые светятся, как маяки. Иногда они демонстрируют резкие перепады яркости. Ученые предсказывают, что эти короткие вспышки яркости происходят из-за того, что плотные области межзвездной плазмы (горячего газа между звездами) рассеивают радиоволны, излучаемые пульсаром. Однако мы до сих пор не знаем, откуда берутся источники энергии, необходимые для формирования и поддержания этих областей плотной плазмы. Чтобы лучше понять эти межзвездные образования, нам нужны более подробные наблюдения за их мелкомасштабной структурой, и многообещающим способом для этого является сцинтилляция или «мерцание» пульсаров.
Когда радиоволны пульсара рассеиваются межзвездной плазмой, отдельные волны интерферируют и создают интерференционный узор на Земле. Поскольку Земля, пульсар и плазма движутся относительно друг друга, этот узор наблюдается как изменение яркости во времени и по частоте: динамический спектр. Это называется сцинтилляцией. Благодаря точечному характеру сигналов пульсаров, рассеяние и мерцание происходит в небольших областях плазмы. После специализированной обработки сигнала динамического спектра, мы можем наблюдать поразительные параболические особенности, известные как сцинтилляционные дуги, которые связаны с изображением рассеянного излучения пульсара на небе.
Один конкретный пульсар, названный J1603-7202, подвергся сильному рассеянию в 2006 г., что сделало его интересной целью для наглядного изучения этих областей плотной плазмы. Однако траектория пульсара до сих пор не определена, так как он вращается вокруг другой компактной звезды, называемой белым карликом, по сложной орбите, и у ученых нет альтернативных методов ее измерения в этой ситуации. К счастью, сцинтилляционные дуги служат двойной цели: их кривые связаны со скоростью пульсара, а также с расстоянием до пульсара и плазмы. Изменение скорости пульсара по его орбите зависит от ориентации орбиты в пространстве. Поэтому в случае с пульсаром J1603-7202, в нашем недавнем исследовании мы рассчитали изменения кривой дуг с течением времени, чтобы определить ориентацию.
Измерения, которые мы получили для орбиты J1603-7202, являются значительным улучшением по сравнению с предыдущим анализом. Это демонстрирует жизнеспособность метода сцинтилляций в дополнение к альтернативным методам. Мы измерили расстояние до плазмы и показали, что оно составляет примерно три четверти расстояния до пульсара от Земли. Кажется, это не совпадает с положением каких-либо известных звезд или межзвездных газовых облаков. Исследования мерцаний пульсаров часто рассматривают такие структуры, которые в противном случае невидимы. Поэтому остается открытым вопрос: что является источником плазмы, рассеивающей излучение пульсара?
Наконец, используя наше измерение орбиты, мы можем оценить массу орбитального компаньона J1603-7202, которая составляет примерно половину массы Солнца. Если рассматривать его вместе с крайне круговой орбитой J160-7202, это означает, что компаньон, вероятно, является звездным остатком, состоящим из углерода и кислорода — более редкая находка вокруг пульсара, чем более распространенные остатки на основе гелия.
Поскольку у нас есть почти полная модель орбиты, теперь можно преобразовать сцинтилляционные наблюдения J1603-7202 в рассеянные на небе изображения и нанести на карту межзвездную плазму в масштабах Солнечной системы. Создание изображений физических структур, вызывающих экстремальное рассеяние радиоволн, может помочь нам лучше понять, как формируются такие плотные области и какую роль межзвездная плазма играет в эволюции галактик.....