کشف رازهای جدید از سیگنال‌های تپ‌اخترها توسط تیم پژوهشی

مطالعه‌ای جدید درباره سیگنال‌های پالسار

دکتر صوفیا شیخ از مؤسسه SETI رهبری مطالعه‌ای را بر عهده داشت که نور جدیدی بر نحوه تحریف سیگنال‌های پالسارها، که بقایای چرخان ستاره‌های عظیم هستند، در حین سفرشان در فضا می‌افکند. این مطالعه که در مجله اخترفیزیکی منتشر شده است، توسط گروهی از محققان کارشناسی در شعبه دانشگاه پن استیت از باشگاه دانشجویی همکاری جستجوی پالسار انجام شده است.

ماورا مک‌لافلین، رئیس و استاد ممتاز فیزیک و اخترشناسی در دانشگاه ویرجینیای غربی، این همکاری را ایجاد کرد تا دانش‌آموزان دبیرستانی و دانشجویان را در علم پالسار مشارکت دهد و به تسهیل دسترسی به داده‌های استفاده شده در این مطالعه کمک کند.

تیم دانشجویی با استفاده از داده‌های آرشیوی از رصدخانه آریکبو، الگوهایی را پیدا کردند که نشان می‌دهد سیگنال‌های پالسار چگونه در حین حرکت از میان محیط بین‌ستاره‌ای (ISM) که شامل گاز و گرد و غبار بین ستاره‌ها است، تغییر می‌کنند. این تیم پهنای باند درخشش را برای ۲۳ پالسار اندازه‌گیری کرد که شامل داده‌های جدید برای شش پالسار است که قبلاً مورد مطالعه قرار نگرفته بودند. نتایج نشان داد که در تقریباً تمام موارد، پهنای باند اندازه‌گیری شده بالاتر از پیش‌بینی‌های مدل‌های رایج که برای کهکشان استفاده می‌شود، بوده است و این موضوع نیاز به به‌روزرسانی مدل‌های چگالی ISM فعلی را برجسته می‌کند.

دکتر صوفیا شیخ، محقق مؤسسه SETI و نویسنده اصلی، گفت: “این کار ارزش داده‌های بزرگ و آرشیوی را نشان می‌دهد. حتی سال‌ها پس از فروپاشی رصدخانه آریکبو، داده‌های آن همچنان اطلاعات حیاتی را آزاد می‌کند که می‌تواند درک ما از کهکشان را پیش ببرد و توانایی ما را در مطالعه پدیده‌هایی مانند امواج گرانشی افزایش دهد.”

زمانی که نور رادیویی از یک پالسار از میان ISM عبور می‌کند، در فرآیندی به نام تحریف بین‌ستاره‌ای دیفرکتیو (DISS) تحریف می‌شود.

فیزیک و پدیده DISS

همان فیزیک که باعث می‌شود نور در عمق استخر به الگوهایی شکسته شود یا ستاره‌ها در آسمان شب درخشش داشته باشند، همچنین باعث بروز پدیده‌ای به نام DISS می‌شود. به جای آب در استخر یا هوا در جو، DISS زمانی رخ می‌دهد که ابرهای ذرات باردار در فضا باعث می‌شوند نور یک پالسار در طول زمان و فرکانس “درخشش” داشته باشد.

تحقیقات و همکاری‌ها

همکاری‌هایی مانند مرکز NANOGrav Physics Frontiers از پالسارها برای مطالعه پس‌زمینه امواج گرانشی استفاده می‌کنند. این تحقیقات می‌تواند به پژوهشگران کمک کند تا به درک بهتری از جهان اولیه و فراوانی منابع امواج گرانشی مانند دوتایی‌های سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده بزرگ برسند. اندازه‌گیری‌های زمان‌بندی پالسارها باید با دقت بسیار بالا انجام شوند تا بتوانند پس‌زمینه امواج گرانشی را به درستی اندازه‌گیری کنند.

نتایج و مدل‌سازی

نتایج این مطالعه به بهبود مدل‌سازی اعوجاجات ناشی از DISS کمک خواهد کرد و دقت اندازه‌گیری‌های زمان‌بندی پالسارها را در پروژه‌هایی مانند NANOGrav افزایش می‌دهد. این مطالعه نشان داد که مدل‌هایی که ساختارهای کهکشانی، مانند بازوهای مارپیچی، را در نظر می‌گیرند، معمولاً بهتر با داده‌های DISS همخوانی دارند، با وجود چالش‌های مربوط به مدل‌سازی دقیق ساختار کهکشان راه شیری.

علاوه بر این، این مطالعه نشان داد که مدل‌ها به طور دقیق‌تری پهنای باند پالسارهایی را که در توسعه آن‌ها استفاده شده است، پیش‌بینی می‌کنند، در حالی که پیش‌بینی‌های پالسارهای تازه کشف‌شده کم‌رمق‌تر بوده است. این موضوع بیانگر محدودیت‌هایی است که نیاز به به‌روزرسانی مداوم مدل‌های ساختار کهکشانی را تقویت می‌کند.

پایه‌گذاری برای تحقیقات آینده

این مطالعه پایلوت، بخشی از نظرسنجی AO327 در آرسوبو، به عنوان پایه‌ای برای تحقیقات آینده در زمینه درخشش پالسارها و امواج گرانشی عمل می‌کند. با گسترش این مطالعه پایلوت به پالسارهای تازه کشف‌شده در مجموعه داده‌های AO327 در آینده، تیم امیدوار است که مدل‌های چگالی ISM را برای همکاری‌هایی که زمان‌بندی پالسارها را مانند NANOGrav بررسی می‌کنند، بهبود بخشد.

همکاری‌های بین‌المللی

این تحقیق شامل همکاری نویسندگان در موسسه SETI، دانشگاه پن استیت و گروه NANOGrav در دانشگاه ویرجینیای غربی است. تیم شامل محقق موسسه SETI، مایکل لام، و محقق پیشین موسسه SETI، گریس براون می‌باشد.