Umělcova ilustrace pulsaru. Kredit: Carl Knox, OzGrav-Swinburne University
Pulsary – rychle se otáčející zbytky hvězd, které blikají jako maják – občas vykazují extrémní rozdíly v jasnosti. Astrofyzici předpovídají, že k těmto krátkým zábleskům jasu dochází kvůli hustým oblastem mezihvězdných oblastí plazma (žhavý plyn mezi hvězdami) rozptyluje rádiové vlny vyzařované hvězdami pulsar. Stále však nevíme, odkud pocházejí zdroje energie potřebné k vytvoření a udržení těchto hustých plazmatických oblastí. Pro lepší pochopení těchto mezihvězdných útvarů je zapotřebí podrobnější pozorování jejich struktury v malém měřítku. Slibnou cestou k tomu je scintilace neboli „blikání“ pulsarů.
Když jsou rádiové vlny pulsaru rozptýleny mezihvězdným plazmatem, jednotlivé vlny interferují a vytvářejí na Zemi interferenční obrazec. Jak se Země, pulsar a plazma vzájemně pohybují, je tento vzor pozorován jako změny jasu v čase a ve frekvenci: dynamické spektrum. Toto je scintilace nebo „blikání“. K rozptylu a blikání dochází v malých oblastech plazmatu díky bodové povaze pulsarových signálů. Po specializovaném zpracování signálu dynamického spektra můžeme pozorovat živé parabolické útvary známé jako scintilační oblouky, které souvisí s obrazem rozptýleného záření pulsaru na obloze.
Jeden konkrétní pulsar, nazvaný J1603-7202, prošel v roce 2006 extrémním rozptylem. To z něj činí vzrušující cíl pro zkoumání těchto hustých plazmatických oblastí. Dráha pulsaru však stále nebyla určena, protože obíhá kolem další kompaktní hvězdy zvané bílý trpaslík na oběžné dráze tváří v tvář a astronomové nemají alternativní metody, jak ji v této situaci změřit. Naštěstí mají scintilační oblouky dvojí účel: jejich zakřivení souvisí s rychlostí pulsaru a také se vzdáleností k pulsaru a plazmatu. Jak se mění rychlost pulsaru při jeho oběhu, závisí na orientaci oběžné dráhy v prostoru. Proto jsme v případě pulsaru J1603-7202 vypočítali změny v zakřivení oblouků v průběhu času, abychom určili orientaci.
Měření, která jsme získali pro dráhu pulsaru J1603-7202, jsou významným zlepšením oproti předchozím analýzám. To demonstruje životaschopnost scintilace při doplňování alternativních metod. Změřili jsme vzdálenost k plazmatu a ukázali, že je to asi tři čtvrtiny vzdálenosti k pulsaru, od Země. Nezdá se, že by se to shodovalo s pozicemi žádných známých hvězd nebo mezihvězdných mračen plynu. Pulsarové scintilační studie často zkoumají struktury, jako je tato, které jsou jinak neviditelné. Otázka tedy zůstává otevřená: co je zdrojem plazmatu, který rozptyluje záření pulsaru?
Nakonec jsme pomocí našeho měření oběžné dráhy schopni odhadnout hmotnost orbitálního společníka J1603-7202. Bylo vypočítáno, že má asi polovinu hmotnosti Slunce. Když se uvažuje vedle vysoce kruhové oběžné dráhy J160-7202, znamená to, že společník je pravděpodobně hvězdný zbytek složený z uhlíku a kyslíku - vzácnější nález kolem pulsaru než běžnější zbytky na bázi helia.
Protože nyní máme téměř úplný model oběžné dráhy, je v současné době možné transformovat scintilační pozorování J1603-7202 do rozptýlených snímků na obloze a mapovat mezihvězdné plazma v měřítku sluneční soustavy. Vytváření obrazů fyzických struktur, které způsobují extrémní rozptyl rádiových vln, nám může poskytnout lepší pochopení toho, jak se takové husté oblasti tvoří a jakou roli hraje mezihvězdné plazma ve vývoji galaxií.
Napsal doktorand Kris Walker (ICRAR-UWA) a Dr. Daniel Reardon (Univerzita OzGrav-Swinburne).
Reference: “Orbitální dynamika a vlastnosti extrémního rozptylu z dlouhodobých scintilačních pozorování PSR J1603−7202” od Kris Walker, Daniel J. Reardon, Eric Thrane a Rory Smith, 28. června 2022, Astrofyzikální žurnál.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac69c6
