Obserwowanie migoczących pulsarów dla zrozumienia tajemniczej plazmy międzygwiazdowej

Pulsary od czasu do czasu wykazują ekstremalne zmiany jasności. Przewiduje się, że dochodzi do nich ponieważ gęste obszary plazmy międzygwiazdowej rozpraszają fale radiowe emitowane przez pulsar.

Wizja artystyczna pulsara. Źródło: Carl Knox, OzGrav-Swinburne University.

Pulsary – szybko wirujące pozostałości gwiazd, które migają jak latarnia morska – od czasu do czasu wykazują ekstremalne zmiany jasności. Naukowcy przewidują, że te krótkie wybuchy jasności mają miejsce, ponieważ gęste obszary plazmy międzygwiazdowej (gorący gaz pomiędzy gwiazdami) rozpraszają fale radiowe emitowane przez pulsar. Jednak nadal nie wiemy, skąd pochodzą źródła energii potrzebnej do uformowania i utrzymania tych gęstych regionów plazmy. Aby lepiej zrozumieć te formacje międzygwiazdowe, potrzebujemy bardziej szczegółowych obserwacji ich struktury w małej skali, a obiecującą drogą do tego jest scyntylacja, czyli „migotanie” pulsarów.

Kiedy fale radiowe z pulsara są rozpraszane przez plazmę międzygwiazdową, oddzielne fale interferują i tworzą wzór interferencyjny na Ziemi. Gdy Ziemia, pulsar i plazma poruszają się względem siebie, wzór ten jest obserwowany jako zmiany jasności w czasie i w częstotliwości: widmo dynamiczne. Jest to scyntylacja, czyli „migotanie”. Dzięki punktowej naturze sygnałów pulsarów, rozpraszanie i migotanie występuje w małych obszarach plazmy. Po specjalistycznym przetworzeniu sygnału widma dynamicznego możemy zaobserwować paraboliczne właściwości znane jako łuki scyntylacyjne, które są związane z obrazem rozproszonego promieniowania pulsara na niebie.

Jeden z pulsarów, nazwany J1603-7202, przeszedł ekstremalne rozpraszanie w 2016 roku, co czyni go ekscytującym celem do badania tych gęstych regionów plazmy. Jednak trajektoria pulsara wciąż nie została określona, ponieważ krąży on wokół innej zwartej gwiazdy, zwanej białym karłem, na orbicie „twarzą w twarz”, a naukowcy nie mają alternatywnych metod, aby mierzyć go w takiej sytuacji. Na szczęście łuki scyntylacyjne służą podwójnemu celowi: ich krzywe związane są z prędkością pulsara, jak również z odległością do pulsara i plazmy. To, jak zmienia się prędkość pulsara na orbicie zależy od orientacji orbity w przestrzeni. Dlatego w przypadku pulsara J1603-7202 naukowcy obliczyli krzywe łuków w czasie, aby określić orientację.

Pomiary, które uzyskali dla orbity J1603-7202 są znaczącą poprawą w stosunku do poprzednich analiz. Pokazuje to opłacalność wykorzystania scyntylacji w uzupełnianiu alternatywnych metod. Naukowcy zmierzyli odległość do plazmy i pokazali, że wynosiła ona około ¾ odległości z Ziemi do pulsara. Nie wydaje się to pokrywać z pozycjami jakichkolwiek znanych gwiazd lub obłoków gazu międzygwiazdowego. Pomiary scyntylacji pulsarów często badają struktury takie jak ta, które w innych przypadkach są niewidoczne. Pytanie pozostaje zatem otwarte: co jest źródłem plazmy rozpraszającej promieniowanie pulsara?

Wreszcie, używając pomiarów orbity wykonanych przez naukowców, są oni w stanie oszacować masę towarzysza J1603-7202, która wynosi około połowę masy Słońca. Gdy weźmiemy pod uwagę wysoce kołową orbitę J1603-7202, oznacza to, że towarzysz jest prawdopodobnie pozostałością gwiazdową złożoną z węgla i tlenu – rzadszym znaleziskiem wokół pulsara niż bardziej powszechne pozostałości oparte na helu.

Ponieważ naukowcy dysponują już prawie kompletnym modelem orbity, możliwe jest przekształcenie obserwacji scyntylacji J1603-7202 w obrazy rozproszenia na niebie i mapowanie plazmy międzygwiazdowej w skalach Układu Słonecznego. Stworzenie obrazów struktur fizycznych, które powodują ekstremalne rozpraszanie fal radiowych, może dać nam lepsze zrozumienie, jak tworzą się tak gęste regiony i jaką rolę odgrywa plazma międzygwiazdowa w ewolucji galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono