一項研究為脈衝星訊號（大質量恆星旋轉的殘餘物）在太空中傳播時如何扭曲提供了新的線索，發表在天體物理學雜誌，由 SETI 研究所研究員 Sofia Sheikh 博士領導，由 Pulsar Search Collaboratory 學生俱樂部賓州州立大學分部的一群多年本科生研究人員執行。
西維吉尼亞大學物理和天文學埃伯利傑出教授莫拉·麥克勞林(Maura McLaughlin) 創建了脈衝星搜尋合作實驗室，以吸引高中生和本科生參與脈衝星科學，她幫助促進了本研究中使用的數據的獲取。
利用阿雷西博天文台的檔案數據，學生團隊發現了一些模式，這些模式顯示了脈衝星訊號在穿過星際介質（ISM）（填充恆星之間空間的氣體和塵埃）時如何變化。團隊測量了 23 顆脈衝星的閃爍頻寬，其中包括先前未研究過的 6 顆脈衝星的新數據。
結果表明，在幾乎所有情況下，測量的頻寬都高於廣泛使用的星系模型的預測，這突顯出需要更新目前的 ISM 密度模型。
「這項工作展示了大型存檔資料集的價值，」主要作者謝赫博士說。 「即使在阿雷西博天文台崩潰多年後，它的數據仍然繼續釋放關鍵信息，這些信息可以增進我們對星系的了解，並增強我們研究引力波等現象的能力。”
當來自脈衝星的射電光穿過 ISM 時，它會在稱為「衍射星際閃爍」（DISS）的過程中發生扭曲。讓光在泳池底部折射成圖案或使星星在夜空中閃爍的物理原理同樣會導致 DISS。 DISS 不是水池中的水或大氣中的空氣，而是當太空中的帶電粒子雲導致脈衝星的光隨時間和頻率「閃爍」時發生的。
NANOGrav 物理前沿中心等合作機構使用脈衝星來研究重力波背景，這可以幫助研究人員了解早期宇宙以及超大質量黑洞雙星等重力波源的普遍性。
脈衝星定時測量必須極為精確才能正確測量重力波背景。這項研究的結果將有助於更好地模擬 DISS 引起的失真，這將提高 NANOGrav 等專案的脈衝星計時測量的精度。
研究發現，儘管精確建模銀河系結構面臨挑戰，但包含旋臂等星系結構的模型往往更適合 DISS 資料。此外，研究表明，這些模型最準確地預測了其開發中使用的脈衝星的頻寬，而對新發現的脈衝星的預測則較差。這顯示有局限性，強化了不斷更新星系結構模型的必要性。
這項試驗研究是阿雷西博 AO327 巡天的一部分，為未來脈衝星閃爍和重力波研究奠定了基礎。透過將來將試驗研究擴展到 AO327 資料集中最近發現的脈衝星，該團隊希望進一步改進 ISM 密度模型，以進行觀測 NANOGrav 等脈衝星計時陣列的合作。
這項研究涉及賓州州立大學 SETI 研究所和西維吉尼亞大學 NANOGrav 小組的作者之間的合作。該團隊包括 SETI 研究所研究員 Michael Lam 和前 SETI 研究所研究員 Grayce Brown。
更多資訊：
Sofia Sheikh 等人，AO327 巡天 23 顆脈衝星的閃爍頻寬測量，天體物理學雜誌（2024）。DOI：10.3847/1538-4357/ad8659
引文：
頻寬測量顯示脈衝星訊號在太空中移動時如何失真（2024 年，11 月 26 日）
