Konstnärs illustration av en pulsar. Kredit:Carl Knox, OzGrav-Swinburne University
Pulsarer – snabbt snurrande rester av stjärnor som blinkar som en fyr – visar ibland extrema variationer i ljusstyrka. Forskare förutspår att dessa korta ljusskurar inträffar eftersom täta områden av interstellär plasma (den heta gasen mellan stjärnor) sprider radiovågorna som sänds ut av pulsaren. Men vi vet fortfarande inte var de energikällor som krävs för att bilda och upprätthålla dessa täta plasmaregioner kommer ifrån. För att bättre förstå dessa interstellära formationer kräver vi mer detaljerade observationer av deras småskaliga struktur, och en lovande väg för detta är i scintillationen, eller "blinkandet", av pulsarer.
När en pulsars radiovågor sprids av den interstellära plasman, stör de separata vågorna och skapar ett interferensmönster på jorden. När jorden, pulsaren och plasman rör sig i förhållande till varandra, observeras detta mönster som ljusstyrkavariationer i tid och frekvens:det dynamiska spektrumet. Det här är scintillation. Tack vare den punktliknande naturen hos pulsarsignaler sker spridningen och blinkningen i små delar av plasman. Efter specialiserad signalbehandling av det dynamiska spektrumet kan vi observera slående paraboliska egenskaper som kallas scintillationsbågar som är relaterade till bilden av pulsarens spridda strålning på himlen.
En speciell pulsar, kallad J1603-7202, genomgick extrem spridning 2006, vilket gör den till ett spännande mål för att undersöka dessa täta plasmaregioner. Pulsarens bana har dock fortfarande inte fastställts eftersom den kretsar kring en annan kompakt stjärna som kallas en vit dvärg i en omloppsbana, och forskare har inga alternativa metoder för att mäta den i denna situation. Lyckligtvis tjänar scintillationsbågar ett dubbelt syfte:deras krökningar är relaterade till pulsarens hastighet, såväl som avståndet till pulsaren och plasman. Hur pulsarens hastighet förändras när den kretsar beror på banans orientering i rymden. Därför, i fallet med pulsar J1603-7202, beräknade vi i vår senaste studie förändringarna i bågarnas krökning över tiden för att bestämma orienteringen.
Mätningarna vi fick för omloppsbanan för J1603-7202 är en betydande förbättring jämfört med tidigare analyser. Detta demonstrerar livsdugligheten av scintillation som komplement till alternativa metoder. Vi mätte avståndet till plasman och visade att det var ungefär tre fjärdedelar av avståndet till pulsaren, från jorden. Detta verkar inte sammanfalla med positionerna för några kända stjärnor eller interstellära gasmoln. Pulsarscintillationsstudier utforskar ofta strukturer som denna, som annars är osynliga. Frågan förblir därför öppen:vad är källan till plasman som sprider pulsarens strålning?
Slutligen, med hjälp av vår omloppsmätning, kan vi uppskatta massan av J1603-7202:s orbitalföljeslagare, som är ungefär hälften av solens massa. När man betraktar den vid sidan av den mycket cirkulära omloppsbanan av J160-7202, antyder detta att följeslagaren sannolikt är en stjärnrest som består av kol och syre - ett sällsyntare fynd runt en pulsar än de vanligare heliumbaserade resterna.
Eftersom vi nu har en nästan komplett modell av omloppsbanan, är det nu möjligt att omvandla scintillationsobservationer av J1603-7202 till spridda bilder på himlen och kartlägga det interstellära plasmat på solsystemsskalor. Att skapa bilder av de fysiska strukturer som orsakar extrem spridning av radiovågor kan ge oss en bättre förståelse för hur sådana täta områden bildas och vilken roll det interstellära plasman spelar i galaxernas utveckling. + Utforska vidare
