В частности, команду под руководством Софии Шейх из Института SETI интересовало, как искажаются сигналы от пульсаров при их движении в космосе. Пульсары — это плотные звездные остатки, называемые нейтронными звездами, которые при вращении испускают пучки излучения, распространяющиеся по космосу. Чтобы изучить, как сигналы этих звезд искажаются в космосе, команда обратилась к архивным данным Аресибо — подвесной радиотарелки шириной 1000 футов (305 метров), которая рухнула 1 декабря 2020 года после того, как поддерживающие ее тросы оборвались, пробив в ней дыры.
Исследователи изучили 23 пульсара, в том числе 6, которые ранее не изучались. Эти данные выявили закономерности в сигналах пульсаров, показывающие, как на них влияет прохождение через газ и пыль, существующие между звездами, так называемую «межзвездную среду».
Когда ядра массивных звезд быстро разрушаются, образуя нейтронные звезды, они могут создавать пульсары, способные вращаться до 700 раз в секунду благодаря сохранению углового момента.
Когда пульсары были впервые обнаружены в 1967 году Джослин Белл Бернелл, некоторые предположили, что частое и очень регулярное периодическое пульсирование этих остатков является сигналами разумной жизни в космосе. То, что мы теперь знаем, что это не так, не означает, что SETI потеряла интерес к пульсарам!
Искажения радиоволн, которыми заинтересовалась команда, известны как дифракционная межзвездная сцинтилляция (DISS). DISS можно сравнить с рябью теней на дне бассейна, когда свет проходит сквозь воду.
Вместо ряби на воде DISS вызывается заряженными частицами в межзвездной среде, которые создают искажения в сигналах радиоволн, идущих от пульсаров к радиотелескопам на Земле.
Исследование команды показало, что полосы пропускания сигналов пульсаров шире, чем предполагают существующие модели Вселенной. Это также говорит о том, что существующие модели межзвездной среды, возможно, нуждаются в пересмотре.
Исследователи обнаружили, что при учете галактических структур, таких как спиральные рукава Млечного Пути, данные DISS объясняются лучше. Это говорит о том, что необходимо решать проблемы моделирования структуры нашей галактики, чтобы постоянно обновлять модели галактической структуры.
Понимание того, как работают сигналы от пульсаров, важно для ученых, поскольку, если рассматривать их в больших массивах, сверхточные периодические сигналы от пульсаров можно использовать в качестве механизма хронометража.
Астрономы используют эти «массивы пульсаров» для измерения крошечных искажений в пространстве и времени, вызванных прохождением гравитационных волн. Недавний пример — использование массива пульсаров NANOGrav для обнаружения слабого сигнала гравитационного волнового фона.
Считается, что этот фоновый гул гравитационных волн является результатом слияний и бинаров сверхмассивных черных дыр в самой ранней Вселенной. Лучшее понимание DISS может помочь уточнить обнаружение гравитационных волн в рамках таких проектов, как NANOGrav.
«Эта работа демонстрирует ценность больших архивных наборов данных», — сказал Шейх в своем заявлении. «Даже спустя годы после распада обсерватории Аресибо ее данные продолжают открывать важнейшую информацию, которая поможет нам лучше понять галактику и расширить возможности изучения таких явлений, как гравитационные волны».
Исследования, проведенные командой под руководством Софии Шейх, подчеркивают, насколько важными являются архивные данные, особенно в контексте таких значимых инструментов, как радиотелескоп Аресибо, который был свидетелем множества астрономических открытий в течение нескольких десятилетий своей работы. Хотя телескоп больше не функционирует, его наследие продолжает вдохновлять новые исследования и углублять наше понимание сложных космических явлений.
Основной вывод, сделанный в ходе исследования, заключается в том, что традиционные модели межзвездной среды необходимо пересмотреть, чтобы учитывать более комплексные взаимодействия газов и пыли в галактике. Это открытие может привести к более точным прогнозам поведения пульсаров и их сигналов, что, в свою очередь, поможет астрономам более эффективно использовать массивы пульсаров для различных исследований, таких как поиск гравитационных волн.
Кроме того, получение новых знаний о DISS имеет практическое значение не только для астрономии, но и для разработки методов обработки данных, используемых при анализе сигналов. Понимание искажения сигналов поможет в корректировке инструментов, необходимых для более точного восприятия тонких изменений, происходящих в космосе.
Проект NANOGrav, благодаря массиву пульсаров, также является важной частью этого уравнения. Наблюдения, основанные на пульсарах, могут служить чувствительными индикаторами гравитационных волн, и улучшение методов интерпретации сигналов может расширить горизонты в области гравитационных исследований. Чем точнее будут Understanding DISS, тем более надежными станут результаты, получаемые из NANOGrav и подобных проектов.
Будущее астрономии зависит от коллабораций, подобных той, что приведена в данном исследовании. Ученые из разных областей, используя данные, собранные в прошлом, могут вдохновить на новые открытие и, возможно, ответить на некоторые из самых глубоких вопросов о природе Вселенной. Таким образом, работа, проведенная с использованием данных Аресибо, может стать важным шагом в разработке более четкого понимания как формирования, так и эволюции звёзд, галактик и их взаимодействий.
Подводя итог, можно сказать, что даже после разрушения таких гигантов, как радиотелескоп Аресибо, возможности изучения космоса остаются неограниченными. Каждое открытие открывает новые двери к пониманию нашей Вселенной, и работа ученых в этом направлении, безусловно, будет иметь глубокие и длительные последствия для будущих исследований.
Исследование команды было опубликовано 26 ноября в журнале The Astrophysical Journal.
