Ученые из SETI наблюдали мерцание пульсара и заметили смещение пространства

Расшифровывая медленное мерцание радиоизлучения пульсара, учёные превращают космические помехи в мощный инструмент для точной астрономии и поиска внеземных сигналов.

Радиосигнал далёкого пульсара мерцает, проходя через космическое пространство, подобно тому, как мерцают звёзды в атмосфере Земли. Наблюдая за этим эффектом в течение 10 месяцев, исследователи заметили, как медленно меняется картина по мере движения газа, Земли и пульсара. Эти изменения приводят к незначительным задержкам сигнала, но их измерение помогает поддерживать невероятную точность пульсаров. Полученные результаты также помогают учёным из проекта SETI обнаруживать сигналы, которые действительно приходят с других планет.

_{Антенная решётка Аллена в радиообсерватории Хэт-Крик. Фото: Саймон Стил}

Почти год исследовательская группа, возглавляемая Институтом SETI, внимательно следила за пульсаром PSR J0332+5434 (также называемым B0329+54). Их целью было понять, как радиосигнал пульсара кажется «мерцающим», когда он проходит сквозь облака газа на своем пути к Земле. Используя массив телескопов Аллена (ATA), ученые собрали данные на радиочастотах от 900 до 1956 МГц. Со временем они обнаружили медленные, но заметные изменения в этом мерцающем поведении, известном как сцинтилляция.

Пульсары — это плотные, быстро вращающиеся остатки массивных звёзд, которые взорвались много лет назад. Вращаясь, они испускают радиовсплески через очень равные промежутки времени. Благодаря этой удивительной регулярности астрономы могут использовать мощные радиотелескопы для точного измерения времени прихода этих импульсов и поиска едва заметных закономерностей, связанных с такими явлениями, как низкочастотные гравитационные волны.

Однако, когда радиоволны пересекают межзвёздное пространство, они не могут распространяться беспрепятственно. Газ между звёздами рассеивает сигналы, распределяя их и вызывая небольшие задержки перед тем, как они достигают Земли. Эти сдвиги могут быть невероятно малыми, иногда всего несколько десятков наносекунд (наносекунда — это одна миллиардная доля секунды). Корректировка этих крошечных, постоянно меняющихся задержек необходима для обеспечения максимально точной синхронизации пульсаров.

Как космос заставляет пульсары «мерцать»

Подобно тому, как звёзды мерцают, когда мы видим их сквозь атмосферу Земли, радиосигналы пульсаров также мерцают, когда проходят через космическое пространство. Облака электронов между пульсаром и Землёй создают паттерны более яркого и более слабого сигнала на разных радиочастотах. Эти паттерны не остаются неизменными. Они меняются по мере того, как пульсар, газ между ними и Земля движутся относительно друг друга.

Это мерцание напрямую влияет на время прихода каждого импульса. Чем сильнее мерцание, тем больше задержка. Неоднократно наблюдая за одним ярким пульсаром, расположенным неподалёку, исследователи смогли проследить за развитием этих закономерностей и преобразовать их в точные поправки на время. Эти поправки можно использовать в экспериментах, требующих максимально возможной точности.

Преимущества для астрономии и поиска техносигнатур

«Пульсары — это замечательные инструменты, которые могут многое рассказать нам о Вселенной и нашем звёздном окружении, — говорит руководитель проекта Грейс Браун, стажер Института поиска внеземных цивилизаций. — Подобные результаты помогают не только в изучении пульсаров, но и в других областях астрономии, включая поиск внеземных цивилизаций».

Все радиосигналы, проходящие через межзвездное пространство, испытывают мерцание. Для исследователей SETI понимание этого эффекта особенно полезно. Сильное мерцание может помочь отличить естественные космические сигналы от радиопомех, создаваемых человеческими технологиями.

Долгосрочные наблюдения выявили изменения в поведении

Исследование ATA проводилось с использованием широкого диапазона радиочастот и состояло из множества коротких сеансов наблюдений). Почти каждый день в течение примерно 300 дней команда измеряла ширину полосы мерцания (размер ярких пятен в мерцающем узоре). Они обнаружили, что интенсивность мерцания заметно меняется в течение периодов от нескольких дней до нескольких месяцев. Данные также указывают на то, что общий цикл составляет примерно 200 дней.

Кроме того, исследователи предложили новый, более надёжный способ оценки изменения сцинтилляции в зависимости от радиочастоты. Этот подход в полной мере использует возможности ATA для наблюдения в широком диапазоне частот.

Почему телескоп Аллена так важен

«Телескопная сеть Аллена идеально подходит для изучения мерцания пульсаров благодаря широкой полосе пропускания и возможности выполнять проекты, требующие длительной работы», — сказала доктор София Шейх, соавтор исследования и научный сотрудник в области техносигнатур в Институте поиска внеземных цивилизаций.

Наблюдая за сигналом пульсара, который распространяется в пространстве, учёные получают представление о самом пульсаре, движении Земли и материале, который находится между ними. Эти знания помогают учёным лучше отделять обычные радиопомехи от сигналов, которые могут иметь искусственное происхождение.

Ссылка на журнал:

Грейс К. Браун, София З. Шейх, Луиджи Ф. Круз, Ваэль Фарах, Вишал Гаджар, Кристиан Гилбертсон, Брэндон Гримальдо, Майкл Т. Лам, София Л. Маркес, Мора Маклафлин, Александр У. Поллак, Эндрю Симион, Гурмехар Сингх. Долгосрочный мониторинг сцинтилляции в пульсаре J0332 5434. Астрофизический журнал, 2025; 995 (1): 120 DOI: 10.3847/1538-4357/ae0fff