درک پلاسمای مرموز بین‌ستاره ای توسط رصد تپ‌اخترهای چشمک‌زن
تصویر هنری از یک تپ اختر. اعتبار: کارل ناکس، دانشگاه OzGrav-Swinburne
تپ اخترها – بقایای ستارگانی هستند که به سرعت در حال چرخش می‌باشند که مانند یک فانوس دریایی چشمک می‌زنند – گهگاه تغییرات شدید در روشنایی را نشان می‌دهند. دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که این انفجارهای کوتاه روشنایی به این دلیل اتفاق می‌افتد که مناطق متراکم پلاسمای بین‌ستاره‌ای (گاز داغ بین ستاره‌ها) امواج رادیویی ساطع شده توسط تپ‌اختر را پراکنده می‌کنند. با این حال، ما هنوز نمی‌دانیم منابع انرژی موردنیاز برای تشکیل و حفظ این نواحی متراکم پلاسمایی از کجا می‌آیند. برای درک بهتر این تشکیلات بین ستاره‌ای، ما به مشاهدات دقیق‌تری از ساختار در مقیاس کوچک آنها نیاز داریم و یک راه امیدوارکننده برای این امر در سوسو زدن، یا “چشمک” تپ اخترها است.
هنگامی که امواج رادیویی یک تپ اختر توسط پلاسمای بین ستاره‌ای پراکنده می‌شوند، امواج جداگانه تداخل می‌کنند و یک الگوی تداخلی روی زمین ایجاد می‌کنند. همانطور که زمین، تپ‌اختر و پلاسما نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند، این الگو به صورت تغییرات روشنایی در زمان و فرکانس مشاهده می‌شود: طیف دینامیکی. چشمک زدن به دلیل ماهیت نقطه مانند سیگنال‌های تپ‌اختر، پراکندگی و چشمک‌زدن در مناطق کوچکی از پلاسما رخ می‌دهد. پس از پردازش سیگنال تخصصی طیف دینامیک، ما می‌توانیم ویژگیهای سهموی چشمگیر معروف به قوس‌های سوسوزن را مشاهده کنیم که به تصویر تابش پراکنده تپ‌اختر در آسمان مربوط می‌شوند.
یک تپ اختر خاص، به نام J1603-7202، در سال 2006 تبدیل به به یک هدف هیجان‌انگیز برای بررسی این مناطق پلاسمای متراکم شد. با این حال، مسیر تپ اختر هنوز مشخص نشده است زیرا این تپ اختر به دور ستاره فشرده دیگری به نام کوتوله سفید در مدار رو به رو می‌چرخد و دانشمندان روش‌های جایگزینی برای اندازه‌گیری آن در این شرایط ندارند. خوشبختانه، کمان‌های سوسوزن یک هدف دوگانه را دنبال می‌کنند: انحنای آنها به سرعت تپ‌اختر و همچنین فاصله تا تپ‌اختر و پلاسما مرتبط است. چگونگی تغییر سرعت تپ اختر در حین چرخش به جهت مدار در فضا بستگی دارد. بنابراین، در مورد تپ اختر J1603-7202، در مطالعه اخیر ما تغییرات انحنای کمان‌ها را در طول زمان برای تعیین جهت محاسبه کردیم.
اندازه‌گیری‌هایی که ما برای مدار J1603-7202 به دست آوردیم در مقایسه با تحلیلهای قبلی پیشرفت قابل توجهی دارد. این امر نشان‌دهنده زنده بودن سوسوزدن در تکمیل روش‌های جایگزین است. ما فاصله تا پلاسما را اندازه گرفتیم و نشان دادیم که حدود سه چهارم فاصله تا تپ اختر از زمین است. به نظر نمی‌رسد این با موقعیت هیچ ستاره شناخته شده یا ابر گازی بین‌ستاره‌ای منطبق باشد. مطالعات سوسو زدن تپ‌اختر اغلب ساختارهایی مانند این را بررسی می‌کنند که در غیراین صورت نامرئی هستند. بنابراین این سوال باز باقی می‌ماند: منبع پلاسمایی چیست که تابش تپ اختر را پراکنده می‌کند؟
در نهایت، با استفاده از اندازه‌گیری مدار خود، می‌توانیم جرم همراه مداری J1603-7202 را که حدود نیمی از جرم خورشید است، تخمین بزنیم. هنگامی که در کنار مدار بسیار دایره‌ای J160-7202 در نظر گرفته می‌شود، این امر نشان می‌دهد که همدم احتمالاً یک بقایای ستاره‌ای متشکل از کربن و اکسیژن است (یک یافته نادرتر در اطراف یک تپ اختر نسبت به بقایای متداول‌تر مبتنی بر هلیوم).
از آنجایی که ما اکنون یک مدل تقریباً کامل از مدار داریم، اکنون می‌توان مشاهدات سوسوزن J1603-7202 را به تصاویر پراکنده در آسمان تبدیل کرد و پلاسمای بین ستاره‌ای را در مقیاس منظومه شمسی ترسیم کرد. ایجاد تصاویری از ساختارهای فیزیکی که باعث پراکندگی شدید امواج رادیویی می‌شوند ممکن است به ما درک بهتری از نحوه شکل‌گیری چنین مناطق متراکم و نقشی بدهد که پلاسمای بین ستاره ای در تکامل کهکشان ها ایفا می‌کند.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Observing twinkling pulsars to understand mysterious interstellar plasma
by Kris Walker and Dr Daniel Reardon, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery JULY 19, 2022
https://phys.org/news/2022-07-twinkling-pulsars-mysterious-interstellar-plasma.html