Радиотелескоп MeerKAT заглянул внутрь ударной волны пульсара

Астрономы провели наблюдения с помощью самого мощного радиотелескопа в Южном полушарии, обнаружив множество загадочных плазменных структур в локальной межзвездной среде. Эти структуры представляют собой изменения плотности и турбулентности, напоминающие межзвездные циклоны, возникающие под влиянием высокоэнергетических событий в Галактике. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Astronomy, включают первые измерения плазменных слоев внутри ударной волны пульсара.

Пульсар и его ударная волна

Пульсар J0437-4715, расположенный на расстоянии 512 световых лет от Земли, представляет собой быстро вращающуюся нейтронную звезду — сверхплотный остаток взорвавшейся звезды, испускающий узконаправленные радиолучи и мощный поток заряженных частиц. Поскольку пульсар движется сквозь межзвездную среду со сверхзвуковой скоростью, он создает ударную волну — область нагретого газа, светящегося в красном диапазоне.

Межзвездная плазма, будучи турбулентной, рассеивает радиоволны пульсара, слегка отклоняя их от прямого пути. В результате на Земле наблюдается эффект мерцания (сцинтилляции), аналогичный тому, как земная атмосфера заставляет звезды мерцать на ночном небе. Этот эффект позволяет исследователям изучать мелкомасштабные плазменные структуры, которые невозможно обнаружить другими методами.

Анализ сцинтилляционных дуг

Хотя мерцание пульсара кажется хаотичным, в нем скрыты закономерности. Используя специальные методы, ученые выявили интерференционные картины, известные как дуги сцинтилляции. Эти дуги позволяют определить местоположение и скорость компактных плазменных структур, действуя как своего рода «КТ-сканирование» межзвездной среды.

Обычно в подобных исследованиях обнаруживают лишь одну или несколько дуг, соответствующих наиболее плотным или турбулентным областям. Однако в данном случае благодаря высокой чувствительности радиотелескопа MeerKAT (Южная Африка) и близости пульсара ученые зафиксировали рекордное количество — 25 сцинтилляционных дуг. Из них 21 дуга указывала на структуры в межзвездной среде, что стало неожиданностью, поскольку пульсар находится внутри Местного пузыря — области, считавшейся относительно пустой.

Местный пузырь и его скрытые структуры

Местный пузырь представляет собой гигантскую полость диаметром до 1000 световых лет, образовавшуюся около 14 миллионов лет назад в результате взрывов сверхновых. Ранее предполагалось, что он заполнен лишь горячей разреженной плазмой, но новые данные свидетельствуют о наличии компактных плазменных структур. Это указывает на то, что в некоторых областях пузыря температура снизилась с миллионов градусов до умеренных 10 000°C.

Четыре из обнаруженных дуг позволили ученым впервые заглянуть внутрь ударной волны пульсара. С помощью этих данных была построена трехмерная модель ударной волны, слегка наклоненной из-за движения пульсара. Кроме того, измерения скоростей плазменных слоев выявили аномалию: одна из внутренних структур двигалась в направлении, противоположном ожидаемому потоку вещества.

Такое явление редко наблюдается в симуляциях и может потребовать пересмотра существующих моделей ударных волн пульсаров.

Перспективы дальнейших исследований

Строительство новых, более чувствительных радиотелескопов позволит астрономам детальнее изучать мерцание пульсаров и других объектов, раскрывая природу плазменных структур в межзвездной среде. Это поможет лучше понять энергетические процессы, формирующие невидимые, но значимые компоненты нашей Галактики.

Исследование пульсара J0437-4715 не только продемонстрировало сложность Местного пузыря, но и предоставило уникальные данные о динамике ударных волн. Удивительно, как мерцание небольшой «радиозвезды» может раскрывать столь масштабные космические явления.