脉冲星信号畸变如何挑战我们对太空的认知

脉冲星信号的扭曲揭示了星系模型的缺陷，为理解宇宙和研究宇宙波带来了新的机会。

通过分析脉冲星信号的模式，研究人员发现现有的星系如何影响脉冲星信号的模型存在差异，这表明这些模型需要更新。这些发现不仅加深了我们对宇宙的理解，还提高了我们研究引力波等现象的能力。

脉冲星信号的开创性研究

SETI 研究所的 Sofia Sheikh 博士领导了一项开创性的研究，该研究探索了脉冲星信号(大质量恒星旋转残余物发出的辐射)在太空中传播时如何变形。这项研究于 11 月 26 日发表在《天体物理学杂志》上，由宾夕法尼亚州立大学脉冲星搜索合作实验室(一个致力于脉冲星科学的学生俱乐部)的一群本科生进行。

脉冲星搜索合作实验室由西弗吉尼亚大学物理学和天文学系主任兼 Eberly 杰出教授 Maura McLaughlin 创建，旨在让高中生和本科生参与前沿天体物理学研究。McLaughlin 还协助访问了研究中使用的档案数据，这些数据由阿雷西博天文台收集。

学生团队分析了这些数据，并确定了脉冲星信号在穿过星际介质(ISM)时的变化模式。星际介质是充满恒星之间空间的气体和尘埃。他们测量了 23 颗脉冲星的闪烁带宽，其中包括 6 颗以前未研究过的脉冲星。在几乎所有情况下，观测到的带宽都大于广泛使用的星系模型预测的带宽，这凸显了更新 ISM 密度模型以更好地反映观测数据的必要性。

脉冲星闪烁。图片来源：Zayna Sheikh

SETI 研究所研究员兼主要作者索菲亚·谢赫博士表示：“这项研究证明了大型存档数据集的价值。即使在阿雷西博天文台倒塌多年后，它的数据仍能继续释放关键信息，这些信息可以增进我们对星系的了解，并增强我们研究引力波等现象的能力。”

揭开宇宙干扰的面纱

当脉冲星发出的射电光穿过星际介质时，会发生扭曲，这一过程称为“衍射星际闪烁”(DISS)。导致光线在游泳池底部折射成图案或导致夜空中星星闪烁的物理原理也会导致 DISS。DISS 不是由池中的水或大气中的空气引起​​的，而是由太空中的带电粒子云导致脉冲星的光在时间和频率上“闪烁”而引起的。

推进引力波研究

NANOGrav 物理前沿中心等合作机构利用脉冲星研究引力波背景，这可以帮助研究人员了解早期宇宙和超大质量黑洞双星等引力波源的普遍性。脉冲星计时测量必须极其精确才能正确测量引力波背景。这项研究的结果将有助于更好地模拟 DISS 造成的扭曲，从而提高 NANOGrav 等项目的脉冲星计时测量精度。

星系结构建模的挑战

研究发现，尽管准确模拟银河系结构存在挑战，但包含星系结构(如螺旋臂)的模型往往更符合 DISS 数据。此外，研究表明，这些模型最准确地预测了用于开发脉冲星的带宽，而对新发现脉冲星的预测则更差。这表明存在局限性，这进一步表明需要不断更新星系结构模型。

Pulsar 研究的未来方向

这项试点研究是阿雷西博 AO327 调查的一部分，为未来研究脉冲星闪烁和引力波奠定了基础。通过在未来将试点研究扩展到 AO327 数据集中最近发现的脉冲星，该团队希望进一步改进 ISM 密度模型，以便与 NANOGrav 等观测脉冲星计时阵列的合作。