Művész illusztrációja egy pulzárról. Köszönetnyilvánítás: Carl Knox, OzGrav-Swinburne Egyetem
Alkalmanként a pulzárok – világítótoronyként villogó, gyorsan forgó csillagmaradványok – rendkívüli fényerejű eltéréseket mutatnak. Az asztrofizikusok azt jósolják, hogy ezek a rövid fénykitörések a csillagközi sűrű régiók miatt következnek be vérplazma (a forró gáz a csillagok között) szétszórja az által kibocsátott rádióhullámokat pulzár. Azonban még mindig nem tudjuk, hogy honnan származnak a sűrű plazmarégiók kialakításához és fenntartásához szükséges energiaforrások. Ahhoz, hogy jobban megértsük ezeket a csillagközi képződményeket, részletesebb megfigyelésekre van szükség kisméretű szerkezetükről. Ígéretes út erre a pulzárok szcintillációja vagy „csillanása”.
Amikor a pulzár rádióhullámait szétszórja a csillagközi plazma, a különálló hullámok interferálnak, és interferenciamintát hoznak létre a Földön. Ahogy a Föld, a pulzár és a plazma egymáshoz képest mozog, ez a mintázat a fényesség időbeli és frekvenciájának változásaiként figyelhető meg: a dinamikus spektrum. Ez szcintilláció, vagy „csillogás”. A szórás és a pislákolás a plazma kis régióiban fordul elő, a pulzárjelek pontszerű jellegének köszönhetően. A dinamikus spektrum speciális jelfeldolgozását követően élénk parabolikus jellemzőket figyelhetünk meg, amelyeket szcintillációs ívekként ismerünk, és amelyek a pulzár égbolt szórt sugárzásának képéhez kapcsolódnak.
Egy adott pulzár, a J1603-7202, 2006-ban extrém szóródáson ment keresztül. Ez izgalmas célponttá teszi e sűrű plazmarégiók vizsgálatát. A pulzár pályáját azonban még mindig nem határozták meg, mivel egy másik kompakt csillag körül kering, az a fehér törpe szembeforduló pályán, és a csillagászoknak nincs alternatív módszerük a mérésre ebben a helyzetben. Szerencsére a szcintillációs ívek kettős célt szolgálnak: görbületük összefügg a pulzár sebességével, valamint a pulzár és a plazma távolságával. Az, hogy a pulzár sebessége hogyan változik keringése közben, a pálya térbeli orientációjától függ. Ezért a J1603-7202 pulzár esetében az orientáció meghatározásához kiszámítottuk az ívek görbületének időbeli változásait.
A J1603-7202 pulzár pályájára kapott mérések jelentős előrelépést jelentenek a korábbi elemzésekhez képest. Ez bizonyítja a szcintilláció életképességét az alternatív módszerek kiegészítésében. Megmértük a plazma távolságát, és megmutattuk, hogy a pulzár távolságának körülbelül háromnegyede a Földtől. Úgy tűnik, hogy ez nem esik egybe egyetlen ismert csillag vagy csillagközi gázfelhő helyzetével sem. A pulsar szcintillációs vizsgálatok gyakran olyan struktúrákat tárnak fel, mint ez, amelyek egyébként láthatatlanok. A kérdés tehát nyitva marad: mi a forrása annak a plazmának, amely szétszórja a pulzár sugárzását?
Végül pályamérésünk segítségével meg tudjuk becsülni a J1603-7202 pályatársának tömegét. A számítások szerint a Nap tömegének körülbelül a fele. Ha a J160-7202 erősen körkörös pályájával együtt nézzük, ez arra utal, hogy a kísérő valószínűleg egy szénből és oxigénből álló csillagmaradvány – ritkább lelet a pulzár körül, mint a gyakoribb hélium alapú maradványok.
Mivel ma már rendelkezünk a pálya közel teljes modelljével, jelenleg lehetséges a J1603-7202 szcintillációs megfigyelései az égbolton szétszórt képekké alakítani, és a csillagközi plazmát a Naprendszer léptékében feltérképezni. A rádióhullámok szélsőséges szóródását okozó fizikai struktúrák képeinek készítése jobban megértheti, hogyan alakulnak ki az ilyen sűrű régiók, és milyen szerepet játszik a csillagközi plazma a galaxisok evolúciójában.
Írta: Kris Walker doktorandusz (ICRAR-UWA) és Dr. Daniel Reardon (OzGrav-Swinburne Egyetem).
Hivatkozás: „Orbital Dynamics and Extreme Scattering Event Properties from Long-term Scintillation Observations of PSR J1603–7202”, Kris Walker, Daniel J. Reardon, Eric Thrane és Rory Smith, 28. június 2022., Az asztrofizikai folyóirat.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac69c6
