Новые результаты даёт работа наземно-космического интерферометра РадиоАстрон. Получены характеристики галактической пыли, рассеивающей наблюдаемые сигналы пульсаров.
Пульсары B0950+08 и В1919+21
Наземно-космический интерферометр РадиоАстрон в одном из первых экспериментов зафиксировал интерференционный отклик от индивидуальных радио-импульсов пульсара B0950+08 в диапазоне 92 см в период максимального удаления космического радиотелескопа, равного 300 000 км. При этом проекция базы интерферометра в направлении исследуемого объекта составила 220 000 км, что обеспечило рекордное для метрового диапазона радиоволн угловое разрешение в одну тысячную секунды дуги. Наземное плечо интерферометра образуют крупнейшие радиотелескопы в Аресибо (США), Вестерборке (Нидерланды) и Эффельсберге (Германия). В результате анализа результатов, проведённого с помощью оригинального метода, в основе которого – построение структурных функций, получена новая информация о распределении межзвездной плазмы на луче зрения, рассеивающей сигнал и вызывающей его мерцание.
Флуктуации сигнала имеют вид модуляции на уровне около 40 %. Анализ показал, что такая модуляция могла быть обусловлена конфигурацией плазмы на луче зрения в виде двух рассеивающих слоев и «космической призмы» – достаточно резкого градиента в распределении плазмы, отклоняющего радиоизлучение на углы 1,1-4,4 угловых миллисекунд. Дальний рассеивающий слой находится, скорее всего, на внешней границе области разреженного газа внутри галактического рукава (так наз. местный пузырь) на расстоянии 26–170 парсек, а ближний слой (4,4–16,4 парсек) находится на ионизированной поверхности молекулярного облака. Спектр турбулентных флуктуаций плотности в обоих слоях следует степенному закону с показателями 3,00 ± 0,08, что значительно отличается от колмогоровского спектра с показателем 11/3.
Описанные результаты нельзя было бы получить при наблюдениях с поверхности Земли, так как зона Френеля при рефракции излучения пульсара превышает диаметр Земли.
Аналогичные результаты были получены и для другого близкого пульсара В1919+21. Наблюдаемые параметры рассеяния радиоизлучения от этого пульсара также требуют введения двух эффективных экранов, расположенных на расстояниях 300,0 и 0,7 парсек от наблюдателя. Вновь получены данные о наличии «космической призмы», расположенной на расстоянии 1,7 парсек и дающей рефракционное отклонение на угол 110 угловых миллисекунд. Для этого пульсара был измерен размер диска рассеяния около 1,5 угловых миллисекунд.
Субструктура диска мерцаний от пульсара B0329+54
Высокое угловое разрешение наземно-космического интерферометра РадиоАстрон обеспечило возможность измерить размер диска рассеяния и оценить положение в пространстве эффективного рассеивающего экрана для пульсара B0329+54 на частоте 324 МГц. Наблюдения были поддержаны 100-метровым радиотелескопом обсерватории Грин Бэнк (США), системой апертурного синтеза в Вестерборке (WSRT, Нидерланды) и российским 64-метровым радиотелескопом в Калязине. Во время сессий наземно-космические проекции базы интерферометра покрыли интервал от 60 000 до 235 000 км. Измеренный сигнал имеет значительную амплитуду даже на самых длинных проекциях с величиной около 0,05 %.
Отклик интерферометра на самых длинных наземно-космических базах не содержит центрального максимума и состоит из множества изолированных неразрешенных пиков. Общее распределение этих пиков по задержке сигнала следует распределению Лоренца и соответствует размытию по времени около 7,5 миллисекунд.
Тонкая структура по задержке согласуется с моделью амплитудно-модулированного шума, указывая на случайный характер интерференции лучей, рассеянных на неоднородностях межзвездной плазмы. На малых наземно-космических базах амплитуда центрального пика сигнала, измеренного интерферометром, с увеличением проекции базы постепенно уменьшается, обеспечивая возможность прямого измерения углового размера диска рассеяния, который оказался равным 4,6 миллисекунды дуги. Путем сравнения временного и углового уширения было оценено расстояние до эффективного рассеивающего экрана. Он оказался расположенным почти посередине между Землей и пульсаром.
Рисунок 1: Тонкая струтура амплитуды сигнала и её изменение с увеличением проекции базы наземно-космического интерферометра. Метки у каждой кривой обозначают комбинацию радиотелескопов: космический радиотелескоп (SRT), телескоп Грин Бэнк (GB), Вестерборгский интерферометр (WB), Калязин (KL). Цифры в скобках указывают на величину проекции базы в миллионах длин волн. Два верхних графика представлены в увеличенном
в 5 раз масштабе по оси ординат
На Рисунке 1 показана эволюция структуры измеренного сигнала по мере увеличения базы наземно-космического интерферометра. На малых базах присутствует центральный максимум и протяженная по задержке составляющая, центральный пик уменьшается по амплитуде с увеличением базы и на самых длинных наземно-космических базах остается только протяженная составляющая.
Заведующий Лабораторией внегалактической радиоастрономии ФИАН, д.ф-м.н. Ю.Ю. Ковалев так прокомментировал полученные результаты:
«Мы продолжаем рассказывать о результатах Радиоастрона, представленных недавно на ассамблее COSPAR-2014 в Москве. По пульсарному направлению я бы выделил открытие субструкутры в диске мерцаний излучения пульсаров, влияние которого на наше понимание структуры и плотности межзвездной среды в Галактике, а также физики процессов распространения волн в ней трудно переоценить».
Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н.Лебедева РАН и Научно-производственным объединением им. С.А.Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством, совместно с многими научно-техническими организациями России и других стран.
В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»
