Nevidljive strukture između zvijezda otkrivene pomoću signala udaljenog pulsara

Astronomi su iz radio-signala udaljenog pulsara uspjeli izvući trag nečega što se inače ne može vidjeti: tankih, pravilno usmjerenih struktura u prostoru između zvijezda. Signal se na putu prema Zemlji nije raspršio nasumično, nego se razvukao u gotovo ravnu liniju, kao da je prošao kroz skriveni međuzvjezdani sloj s jasnom unutarnjom građom.

Riječ je o pulsaru PSR B1508+55, objektu udaljenom oko 7.000 svjetlosnih godina u zviježđu Zmaja. Novo istraživanje, objavljeno u časopisu Astronomy & Astrophysics, pokazuje da međuzvjezdani prostor nije samo rijedak plin kroz koji svjetlost prolazi, nego područje s finim strukturama koje mogu ostaviti mjerljiv trag na radijskim valovima.

Signal koji je na putu do Zemlje promijenio oblik

Pulsari su zgusnuti ostaci masivnih zvijezda. U njima je golema masa sabijena u prostor veličine velikog grada, a njihovi radijski signali do Zemlje stižu kao vrlo pravilni impulsi.

U ovom slučaju, upravo je ta pravilnost omogućila astronomima da uoče nešto neobično. Radio-valovi pulsara gotovo neometano prolaze kroz Zemljinu atmosferu, ali prije toga prolaze kroz rijedak plin između zvijezda. Taj plin može raspršiti signal, promijeniti njegovu jakost i malo pomaknuti njegov prividni položaj na nebu.

Taj se učinak naziva scintilacija. U vidljivoj svjetlosti sličan učinak poznajemo kao titranje zvijezda u atmosferi, no ovdje uzrok nije zrak iznad naših glava. Uzrok je materijal raspršen između zvijezda, dovoljno rijedak da ga ne vidimo izravno, ali dovoljno stvaran da mijenja put radijskog signala.

Slika nije pokazala kaos, nego smjer

Da je pulsarov signal prolazio kroz nasumične promjene gustoće, istraživači bi očekivali zamućenu mrlju. Umjesto toga, u dugoj ekspoziciji signal se razvukao u gotovo ravnu crtu.

To je ključni rezultat istraživanja. Linearni oblik upućuje na to da međuzvjezdani medij na tom mjestu nije posve neuređen. Mogao bi sadržavati usporedne filamente, tanke savijene slojeve plina ili neku drugu strukturu s jasno izraženim smjerom.

Tim Sprenger s Instituta Max Planck za radioastronomiju, vodeći autor istraživanja, istaknuo je da bi nasumične promjene gustoće obično razmazale sliku pulsara u nejasan disk. U ovom slučaju dogodilo se nešto drukčije: signal je zadržao izražen smjer, što upućuje na uređene strukture u međuzvjezdanom prostoru.

Njihov točan oblik zasad nije poznat. Raspršenje je vrlo malo, čak i za astronomska mjerila, a najvažniji tragovi možda su skriveni u sitnim odstupanjima od ravne linije. Modeli ipak pokazuju da se oblak koji uzrokuje opaženi učinak nalazi oko 430 svjetlosnih godina od Zemlje.

Dva golema radioteleskopa pretvorena u jedan neobičan instrument

Opažanje ne bi bilo moguće jednim teleskopom. Promjene položaja izazvane scintilacijom premale su da bi ih pojedinačni instrument mogao jasno razlučiti.

Istraživači su zato istodobno koristili 100-metarski radioteleskop Effelsberg u Njemačkoj i kineski FAST, radioteleskop promjera 500 metara. Budući da su teleskopi udaljeni tisućama kilometara, isti uzorak promjene u signalu nisu bilježili u potpuno istom trenutku.

Tu je važnu ulogu imalo i gibanje Zemlje. Kako se Zemlja tijekom dana pomiče, mijenja se položaj oba teleskopa prema strukturi koja raspršuje signal. Ponekad isti “uzorak” prvi zabilježi Effelsberg, ponekad FAST. Iz tih vremenskih razlika istraživači su mogli rekonstruirati sliku izobličenja.

Metoda je zanimljiva i zato što ne zahtijeva složenu globalnu mrežu teleskopa. Podaci su obrađeni lokalno, a zatim spojeni na običnim prijenosnim računalima. Time se otvara praktičniji put za slična mjerenja drugih pulsara.

Novi način čitanja prostora između zvijezda

Ovo je tek drugi pulsar kod kojega je izravno prikazano kako međuzvjezdani plin izobličuje njegov radijski signal. Rezultat zato nije samo tehnički uspjeh, nego rijedak pogled u građu međuzvjezdanog prostora.

Prostor između zvijezda često zamišljamo kao gotovo praznu tamu. U stvarnosti je ispunjen vrlo rijetkim plinom, prašinom, magnetskim poljima i tragovima davnih zvjezdanih procesa. Novo istraživanje pokazuje da taj prostor može imati finu, usmjerenu strukturu koja se otkriva tek kada kroz nju prođe dovoljno precizan signal.

Michael Kramer, izvršni direktor Instituta Max Planck za radioastronomiju, naglasio je da kombinacija Effelsberga i FAST-a pokazuje koliko se može postići kada se povežu dva iznimno snažna instrumenta. Sljedeći korak bit će promatranje drugih pulsara. Ako se slični obrasci ponove, astronomi bi mogli dobiti novi alat za mapiranje nevidljivih slojeva i filamenata između zvijezda.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.