Bant genişliği ölçümleri pulsar sinyallerinin uzayda hareket ettikçe nasıl bozulduğunu gösteriyor

Devasa yıldızların dönen kalıntıları olan pulsar sinyallerinin uzayda yolculuk ederken nasıl bozulduğuna yeni bir ışık tutan bir çalışma, yayınlandı içinde Astrofizik DergisiSETI Enstitüsü araştırmacısı Dr. Sofia Sheikh tarafından yönetildi ve Pulsar Arama İşbirliği öğrenci kulübünün Penn State şubesindeki çok yıllık bir lisans araştırmacı grubu tarafından gerçekleştirildi.

West Virginia Üniversitesi Eberly Seçkin Fizik ve Astronomi Profesörü Başkan Maura McLaughlin, lise öğrencilerinin ve lisans öğrencilerinin pulsar bilimiyle ilgilenmesini sağlamak için Pulsar Arama İşbirliği’ni kurdu ve bu çalışmada kullanılan verilere erişimin kolaylaştırılmasına yardımcı oldu.

Arecibo Gözlemevi’nden alınan arşiv verilerini kullanan öğrenci ekibi, pulsar sinyallerinin, yıldızlar arasındaki boşluğu dolduran gaz ve toz olan yıldızlararası ortamda (ISM) hareket ettikçe nasıl değiştiğini gösteren modeller buldu. Ekip, daha önce incelenmemiş altı pulsar için yeni veriler de dahil olmak üzere 23 pulsarın sintilasyon bant genişliklerini ölçtü.

Sonuçlar neredeyse tüm durumlarda, ölçülen bant genişliklerinin galaksinin yaygın olarak kullanılan modellerinin tahminlerinden daha yüksek olduğunu gösterdi; bu da mevcut ISM yoğunluk modellerinde güncellemelere ihtiyaç duyulduğunun altını çizdi.

Baş yazar Dr. Sheikh, “Bu çalışma, büyük, arşivlenmiş veri kümelerinin değerini gösteriyor” dedi. “Arecibo Gözlemevi’nin çöküşünden yıllar sonra bile, verileri galaksiye dair anlayışımızı ilerletebilecek ve yerçekimi dalgaları gibi olayları inceleme yeteneğimizi geliştirebilecek kritik bilgilerin kilidini açmaya devam ediyor.”

Bir pulsardan gelen radyo ışığı ISM’den geçtiğinde, “kırınımlı yıldızlararası sintilasyon” (DISS) olarak bilinen bir süreçte bozulur. Işığı yüzme havuzunun dibindeki desenlere dönüştüren veya gece gökyüzünde yıldızların parıldamasına neden olan fizik aynı zamanda DISS’e de neden olur. DISS, havuzdaki su veya atmosferdeki hava yerine, uzaydaki yüklü parçacık bulutlarının pulsarın ışığının zaman ve frekans boyunca “parıldamasına” neden olmasıyla ortaya çıkıyor.

NANOGrav Fizik Sınırları Merkezi gibi işbirlikleri, yerçekimsel dalga arka planını incelemek için pulsarları kullanıyor; bu, araştırmacıların erken evreni ve süper kütleli kara delik ikili dosyaları gibi yerçekimsel dalga kaynaklarının yaygınlığını anlamalarına yardımcı olabiliyor.

Yerçekimi dalgası arka planını doğru bir şekilde ölçmek için pulsar zamanlama ölçümlerinin son derece hassas olması gerekir. Bu çalışmanın sonuçları, DISS’in neden olduğu bozulmaların daha iyi modellenmesine yardımcı olacak ve bu da NANOGrav gibi projelerin pulsar zamanlama ölçümlerinin hassasiyetini artıracak.

Çalışma, Samanyolu’nun yapısını doğru bir şekilde modellemenin zorluğuna rağmen, sarmal kollar gibi galaktik yapıları içeren modellerin DISS verilerine daha iyi uyma eğiliminde olduğunu buldu. Dahası, çalışma, modellerin gelişimlerinde kullanılan pulsarların bant genişliklerini en doğru şekilde tahmin ettiğini, yeni keşfedilen pulsarların tahminlerinin ise daha kötü olduğunu gösterdi. Bu, galaktik yapı modellerinde sürekli güncelleme ihtiyacını güçlendiren sınırlamaları akla getiriyor.

Arecibo’daki AO327 araştırmasının bir parçası olan bu pilot çalışma, pulsar sintilasyonu ve yerçekimi dalgaları üzerine gelecekteki araştırmalar için bir temel oluşturuyor. Ekip, pilot çalışmayı gelecekte AO327 veri setinde daha yeni keşfedilen pulsarlara genişleterek, NANOGrav gibi pulsar zamanlama dizilerini gözlemleyen işbirlikleri için ISM yoğunluk modellerini daha da geliştirmeyi umuyor.

Bu araştırma, Penn State’deki SETI Enstitüsü’ndeki yazarlar ile Batı Virginia Üniversitesi’ndeki NANOGrav Grubu arasındaki işbirliğini içermektedir. Ekipte SETI Enstitüsü araştırmacısı Michael Lam ve eski SETI Enstitüsü araştırmacısı Grayce Brown yer alıyor.