Пульсары иногда демонстрируют резкие изменения яркости. Предполагается, что они возникнут из-за того, что плотные области межзвездной плазмы рассеивают радиоволны, излучаемые пульсаром.
Пульсары — быстро вращающиеся остатки звезд, которые мерцают, как маяки, — иногда 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 плотных областей плазмы. Чтобы лучше понять эти межзвездные образования, нам нужны более подробные наблюдения за их структурой в небольшом масштабе, и многообещающий путь к этому — мерцание пульсаров.
Когда радиоволны пульсара рассеиваются межзвездной плазмой, отдельные волны интерферируют и создают интерференционную картину на Земле. Поскольку Земля, пульсар и плазма движутся относительно друг друга, эта картина наблюдается как изменение яркости со временем и частотой: динамический спектр. Из-за точечной природы сигналов пульсаров рассеяние и мерцание происходят на небольших участках плазмы. После квалифицированной обработки сигнала динамического спектра мы можем наблюдать параболические свойства, известные как дуги мерцаний, которые связаны с изображением рассеянного излучения пульсара на небе.
Один из пульсаров, названный J1603-7202, подвергся сильному рассеянию в 2016 году, что делает его интересной целью для изучения этих плотных областей плазмы. Однако траекторию пульсара еще предстоит определить, поскольку он вращается вокруг другой компактной звезды, называемой белым карликом, по орбите лицом к лицу, 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 на орбите зависит от ориентации орбиты в пространстве. Поэтому в случае с пульсаром J1603-7202 ученые рассчитали кривые дуг во времени, чтобы определить ориентацию.
Измерения, полученные ими для орбиты J1603-7202, являются значительным улучшением по сравнению с предыдущим анализом. Это демонстрирует экономическую эффективность использования сцинтилляций в дополнение к альтернативным методам. Ученые измерили расстояние до плазмы и показали, что оно примерно равно расстоянию от Земли до пульсара. Похоже, что это не совпадает с положением каких-либо известных звезд или облаков межзвездного газа. Измерения мерцаний пульсаров часто исследуют такие структуры, которые в противном случае невидимы. Так что вопрос остается открытым: что является источником плазмы, рассеивающей излучение пульсара?
Наконец, используя измерения орбиты, сделанные учеными, они смогли оценить массу компаньона J1603-7202, которая примерно вдвое меньше массы Солнца. Когда мы рассматриваем очень круговую орбиту J1603-7202, это означает, что компаньон, возможно, является звездным остатком, состоящим из углерода и кислорода — более редкая находка вокруг пульсара, чем более распространенный остаток на основе гелия.
Поскольку сейчас у ученых есть почти полная модель орбиты, можно преобразовать наблюдения сцинтилляций J1603-7202 в изображения рассеяния в небе и нанести на карту межзвездную плазму в масштабах Солнечной системы. Создание изображений физических структур, вызывающих экстремальное радиорассеяние, может дать нам лучшее понимание того, как формируются такие плотные области и какую роль играет межзвездная плазма в эволюции галактик.