Иногда пульсары — быстро вращающиеся остатки звезд, которые вспыхивают, как маяк, — демонстрируют резкие перепады яркости. Астрофизики предсказывают, что эти короткие вспышки яркости происходят из-за того, что плотные области межзвездной плазмы (горячий газ между звездами) рассеивают радиоволны, излучаемые пульсаром. Однако мы до сих пор не знаем, откуда берутся источники энергии, необходимые для формирования и поддержания этих областей плотной плазмы. Чтобы лучше понять эти межзвездные образования, необходимы более подробные наблюдения за их мелкомасштабной структурой. Перспективным способом для этого является изучение мерцания пульсаров.
Когда радиоволны пульсара рассеиваются межзвездной плазмой, отдельные волны интерферируют и создают интерференционную картину на Земле. Поскольку Земля, пульсар и плазма движутся относительно друг друга, эта картина наблюдается как изменение яркости во времени и по частоте: динамический спектр. Так и получается мерцание пульсара. Рассеяние и мерцание происходят в небольших областях плазмы благодаря точечному характеру сигналов пульсаров. После специализированной обработки сигнала динамического спектра мы можем наблюдать яркие параболические структуры, известные как дуги мерцаний, которые связаны с изображением рассеянного излучения пульсара на небе.
Один конкретный пульсар, названный J1603-7202, подвергся экстремальному рассеянию в 2006 г. Это делает его интересной целью для изучения этих областей плотной плазмы. Однако траектория пульсара до сих пор не определена, так как он вращается вокруг другой компактной звезды, называемой белым карликом, по орбите лицом к лицу, и у астрономов нет альтернативных методов ее измерения в этой ситуации. К счастью, сцинтилляционные дуги служат двойной цели: их кривизна связана со скоростью пульсара, а также с расстоянием до пульсара и плазмы. Изменение скорости пульсара по его орбите зависит от ориентации орбиты в пространстве. Поэтому в случае с пульсаром J1603-7202 мы рассчитали изменение кривизны дуг во времени для определения ориентации.
Полученные измерения орбиты пульсара J1603-7202 являются значительным улучшением по сравнению с предыдущим анализом. Это демонстрирует жизнеспособность сцинтилляций в дополнение к альтернативным методам. Ученые измерили расстояние до плазмы и показали, что оно составляет примерно три четверти расстояния до пульсара от Земли. Кажется, это не совпадает с положением каких-либо известных звезд или межзвездных газовых облаков. Исследования мерцаний пульсаров часто исследуют такие структуры, которые в противном случае невидимы. Таким образом, остается открытым вопрос: что является источником плазмы, рассеивающей излучение пульсара?
Наконец, используя измерения орбиты, ученые могут оценить массу орбитального компаньона J1603-7202. Было подсчитано, что она составляет примерно половину массы Солнца. Если рассматривать его вместе с очень круговой орбитой J160-7202, это означает, что компаньон, вероятно, является звездным остатком, состоящим из углерода и кислорода — более редкая находка вокруг пульсара, чем более распространенные остатки на основе гелия.
Поскольку теперь у ученых в распоряжении есть почти полная модель орбиты, в настоящее время можно преобразовать наблюдения мерцаний J1603-7202 в рассеянные изображения на небе и нанести на карту межзвездную плазму в масштабах Солнечной системы. Создание изображений физических структур, вызывающих экстремальное рассеяние радиоволн, может помочь нам лучше понять, как формируются такие плотные области и какую роль межзвездная плазма играет в эволюции галактик.