Измерения полосы пропускания показывают, как сигналы пульсара искажаются при движении в пространстве

Пульсарное мерцание. Автор: Zayna Sheikh

Исследование, проливающее новый свет на то, как сигналы пульсаров — вращающихся остатков массивных звезд — искажаются при перемещении в космосе, опубликованное в The Astrophysical Journal, было проведено под руководством доктора Софии Шейх, научного сотрудника Института SETI, и выполнено многолетней группой студентов-исследователей отделения студенческого клуба Pulsar Search Collaboratory в Университете штата Пенсильвания.

Маура Маклафлин, заведующая кафедрой физики и астрономии, заслуженный профессор Эберли в Университете Западной Вирджинии, создала Pulsar Search Collaboratory для вовлечения старшеклассников и студентов в изучение пульсаров, а также помогла облегчить доступ к данным, использованным в этом исследовании.

Используя архивные данные обсерватории Аресибо, студенческая группа обнаружила закономерности, показывающие, как сигналы пульсаров изменяются по мере их движения через межзвездную среду (ISM), газ и пыль, заполняющие пространство между звездами. Группа измерила полосы мерцания для 23 пульсаров, включая новые данные для шести пульсаров, которые ранее не изучались.

Результаты показали, что почти во всех случаях измеренные значения пропускной способности были выше, чем прогнозы широко используемых моделей галактики, что подчеркивает необходимость обновления текущих моделей плотности ISM.

«Эта работа демонстрирует ценность больших архивных наборов данных», — сказал ведущий автор доктор Шейх. «Даже спустя годы после краха обсерватории Аресибо ее данные продолжают открывать важную информацию, которая может продвинуть наше понимание галактики и улучшить наши возможности изучения таких явлений, как гравитационные волны».

Когда радиоизлучение пульсара проходит через ISM, оно искажается в процессе, известном как «дифракционное межзвездное мерцание» (DISS). Та же самая физика, которая заставляет свет преломляться в узоры на дне бассейна или заставляет звезды мерцать в ночном небе, также вызывает DISS. Вместо воды в бассейне или воздуха в атмосфере DISS происходит, когда облака заряженных частиц в космосе заставляют свет пульсара «мерцать» во времени и частоте.

Такие проекты, как NANOGrav Physics Frontiers Center, используют пульсары для изучения гравитационно-волнового фона, что может помочь исследователям понять раннюю Вселенную и распространенность источников гравитационных волн, таких как двойные сверхмассивные черные дыры.

Измерения времени пульсара должны быть чрезвычайно точными для правильного измерения гравитационного волнового фона. Результаты этого исследования помогут лучше смоделировать искажения, вызванные DISS, что увеличит точность измерений времени пульсара в таких проектах, как NANOGrav.

Исследование показало, что модели, включающие галактические структуры, такие как спиральные рукава, как правило, лучше соответствуют данным DISS, несмотря на сложность точного моделирования структуры Млечного Пути. Более того, исследование показало, что модели наиболее точно предсказывали полосы пропускания пульсаров, которые использовались при их разработке, в то время как предсказания недавно обнаруженных пульсаров были хуже. Это предполагает ограничения, которые усиливают необходимость постоянного обновления моделей галактической структуры.

Это пилотное исследование, часть обзора AO327 из Аресибо, служит основой для будущих исследований пульсарных мерцаний и гравитационных волн. Расширяя пилотное исследование на недавно обнаруженные пульсары в наборе данных AO327 в будущем, команда надеется еще больше улучшить модели плотности ISM для коллабораций, которые наблюдают за массивами синхронизации пульсаров, такими как NANOGrav.

Это исследование включает сотрудничество между авторами из Института SETI, Пенсильванского университета и группы NANOGrav в Университете Западной Вирджинии. В команду входят исследователь Института SETI Майкл Лэм и бывший исследователь Института SETI Грейс Браун.

Больше информации: Sofia Sheikh et al, Scintillation Bandwidth Measurements from 23 Pulsars from the AO327 Survey, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad8659

Источник: SETI Institute