Zniekształcenia w pulsar sygnały ujawniają wady modeli galaktycznych, wskazując na nowe możliwości zrozumienia wszechświata i badania fal kosmicznych.
Analizując wzorce sygnałów pulsarów, badacze odkryli rozbieżności w istniejących modelach wpływu galaktyki na sygnały pulsarów, co sugeruje, że modele te wymagają aktualizacji. Odkrycia nie tylko pogłębiają naszą wiedzę o Wszechświecie, ale także poprawiają naszą zdolność do badania zjawisk takich jak fale grawitacyjne.
Pionierskie badania nad sygnałami pulsarowymi
Doktor Sofia Sheikh z Instytut SETI przeprowadzili przełomowe badanie, które badało, w jaki sposób sygnały pulsarów – emisje z wirujących pozostałości masywnych gwiazd – ulegają zniekształceniom podczas podróży w przestrzeni. Opublikowano 26 listopada w The Dziennik astrofizycznybadania te przeprowadziła grupa studentów studiów licencjackich z oddziału Pulsar Search Collaboratory w Pensylwanii, klubu studenckiego zajmującego się nauką o pulsarach.
Zespół Pulsar Search Collaboratory został stworzony przez Maurę McLaughlin, przewodniczącą i profesorem fizyki i astronomii Eberly’ego na Uniwersytecie Zachodniej Wirginii, aby zaangażować uczniów szkół średnich i studentów studiów licencjackich w najnowocześniejsze badania astrofizyczne. McLaughlin ułatwił także dostęp do danych archiwalnych wykorzystanych w badaniu, które zebrało Obserwatorium Arecibo.
Zespół studentów przeanalizował te dane i zidentyfikował wzorce zmian sygnałów pulsarów podczas przechodzenia przez ośrodek międzygwiazdowy (ISM) – gaz i pył wypełniający przestrzeń między gwiazdami. Zmierzyli pasma scyntylacyjne dla 23 pulsarów, w tym sześciu, które nie były wcześniej badane. Niemal we wszystkich przypadkach zaobserwowane szerokości pasma były większe niż przewidywane na podstawie powszechnie używanych modeli galaktycznych, co podkreśla potrzebę aktualizacji modeli gęstości ISM, aby lepiej odzwierciedlały obserwowane dane.
„Ta praca pokazuje wartość dużych, zarchiwizowanych zbiorów danych” – powiedziała dr Sofia Sheikh, badaczka z Instytutu SETI i główna autorka. „Nawet wiele lat po upadku Obserwatorium Arecibo jego dane w dalszym ciągu dostarczają kluczowych informacji, które mogą poszerzyć naszą wiedzę o galaktyce i zwiększyć naszą zdolność do badania zjawisk takich jak fale grawitacyjne”.
Odsłonięcie kosmicznych zakłóceń
Kiedy światło radiowe pulsara przechodzi przez ISM, zostaje zniekształcone w procesie znanym jako „dyfrakcyjna scyntylacja międzygwiazdowa” (DISS). Ta sama fizyka, która powoduje, że światło załamuje się we wzory na dnie basenu lub powoduje migotanie gwiazd na nocnym niebie, również powoduje DISS. Zamiast wody w basenie lub powietrza w atmosferze, DISS pojawia się, gdy chmury naładowanych cząstek w przestrzeni powodują, że światło pulsara „migocze” w czasie i częstotliwości.
Postęp w badaniach nad falami grawitacyjnymi
W ramach projektów takich jak NANOGrav Physics Frontiers Center pulsary służą do badania tła fal grawitacyjnych, co może pomóc naukowcom zrozumieć wczesny Wszechświat i występowanie źródeł fal grawitacyjnych, takich jak supermasywne układy podwójne czarnych dziur. Pomiary czasu pulsara muszą być niezwykle precyzyjne, aby prawidłowo zmierzyć tło fali grawitacyjnej. Wyniki tego badania pomogą lepiej modelować zniekształcenia powodowane przez DISS, co zwiększy precyzję pomiarów synchronizacji pulsarów w projektach takich jak NANOGrav.
Wyzwania w modelowaniu struktur galaktycznych
Badanie wykazało, że modele zawierające struktury galaktyczne, takie jak ramiona spiralne, zwykle lepiej pasują do danych DISS, pomimo wyzwania, jakim jest dokładne modelowanie Droga Mlecznastruktura. Co więcej, badanie wykazało, że modele najdokładniej przewidywały pasma pulsarów wykorzystane w ich rozwoju, podczas gdy przewidywania nowo odkrytych pulsarów były gorsze. Sugeruje to ograniczenia, które wzmacniają potrzebę ciągłej aktualizacji modeli struktury galaktycznej.
Przyszłe kierunki badań nad pulsarami
To badanie pilotażowe, będące częścią przeglądu AO327 z Arecibo, stanowi podstawę przyszłych badań nad scyntylacją pulsarów i falami grawitacyjnymi. Rozszerzając w przyszłości badanie pilotażowe na niedawno odkryte pulsary w zbiorze danych AO327, zespół ma nadzieję na dalsze udoskonalanie modeli gęstości ISM na potrzeby współpracy obserwującej układy taktowania pulsarów, takie jak NANOGrav.
Odniesienie: „Pomiary pasma scyntylacji z 23 pulsarów z badania AO327” autorstwa Sofii Sheikh, Grayce C. Brown, Jackson MacTaggart, Thomas Nguyen, William D. Fletcher, Brenda L. Jones, Emma Koller, Veronica Petrus, Katie F. Pighini, Gray Rosario, Vincent A. Smedile, Adam T. Stone, Shawn You, Maura A. McLaughlin, Jacob E. Turner, Julia S. Deneva, Michael T. Lam i Brent J. Shapiro-Albert, 26 listopada 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad8659
Badania te obejmują współpracę między autorami z Instytutu SETI w Penn State i grupą NANOGrav na Uniwersytecie Zachodniej Wirginii. W skład zespołu wchodzą badacz Instytutu SETI Michael Lam i były badacz Instytutu SETI Grayce Brown.
