天文學家通過對一顆脈沖星長達近一年的持續(xù)觀測，發(fā)現(xiàn)宇宙空間會悄然彎曲并延遲來自深空的無線電信號，從而揭示出星際空間中看不見的精細結構。這項研究由美國 SETI 研究所牽頭，利用艾倫望遠鏡陣列對脈沖星 PSR J0332+5434（又稱 B0329+54）進行了約 10 個月的密集監(jiān)測，觀測頻段覆蓋 900 至 1956 MHz，無線電脈沖在傳播過程中呈現(xiàn)出類似“閃爍”的衍射和干涉圖樣，這一現(xiàn)象被稱為“閃爍”（scintillation）。

脈沖星是由大質(zhì)量恒星劇烈爆發(fā)后留下的致密、快速自轉(zhuǎn)的恒星殘骸，它們以驚人的規(guī)律性發(fā)射無線電脈沖，被視為宇宙中的“精密時鐘”。由于這些脈沖到達時間極其穩(wěn)定，天文學家可以用高靈敏度射電望遠鏡記錄每一次脈沖的精確抵達時刻，從而捕捉到極其細微的變化，比如與宇宙中低頻引力波相關的時延信號。然而，在從脈沖星到地球的漫長旅途中，星際介質(zhì)中的氣體和自由電子會對無線電波產(chǎn)生散射，使得信號被拉伸、擴散，抵達時間出現(xiàn)微小偏移，有時只有幾十納秒，而要保持脈沖計時實驗的高精度，就必須學會測量并修正這些“空間噪聲”。

研究團隊指出，脈沖星信號的表現(xiàn)與地面觀測到的“星星閃爍”頗為類似：地面上看到恒星閃爍，是因為地球大氣擾動光路；而脈沖星的無線電波在穿越星際空間時，則因漂浮的電子云等結構而產(chǎn)生明暗相間的條紋，在不同頻率和時間上不斷變化。這些隨時間演變的亮暗斑塊構成了閃爍帶寬等可以量化的參數(shù)，而閃爍越劇烈，對脈沖抵達時間的影響通常也越明顯，因此通過長期反復觀測同一顆明亮且相對鄰近的脈沖星，研究人員得以將這些閃爍圖樣轉(zhuǎn)化為可用于高精度計時實驗的修正量。

在這項依托艾倫望遠鏡陣列的研究中，團隊在約 300 天內(nèi)幾乎每天對這顆脈沖星進行短時觀測，重點測量其閃爍帶寬隨時間的變化。結果顯示，閃爍強度在數(shù)天到數(shù)月的時間尺度上明顯起伏，并且數(shù)據(jù)還指向一個大約 200 天周期的整體變化趨勢，顯示星際介質(zhì)并非均勻靜態(tài)，而是存在隨時間演化的大尺度結構。研究人員還提出了一種更可靠的分析方法，用于估算閃爍隨無線電頻率變化的規(guī)律，充分利用了望遠鏡的寬頻帶覆蓋能力，為今后類似觀測提供了可復用的技術路徑。

項目負責人、SETI 研究所實習研究員 Grayce Brown 表示，脈沖星是探索宇宙與本星系鄰域的極佳工具，這類成果不僅推進脈沖星科學本身，也在幫助包括搜尋地外文明（SETI）在內(nèi)的其他天文學領域。所有穿越星際介質(zhì)的無線電信號都會在一定程度上經(jīng)歷閃爍，對于 SETI 研究者而言，這種特征反而是篩選信號的有力線索：帶有明顯星際閃爍特征的信號，更可能來自太陽系之外，而那些不具備此類空間傳播痕跡的，則更可能是地面人造干擾。

共同作者、SETI 研究所技術信號研究科學家 Sofia Sheikh 指出，艾倫望遠鏡陣列寬頻帶、可長期連續(xù)投入同一項目的特性，使其非常適合開展脈沖星閃爍監(jiān)測。通過追蹤一顆脈沖星信號在穿越空間時的細微變化，科學家不僅能更清楚地了解脈沖星本身與地球運動軌跡，還能刻畫兩者之間星際物質(zhì)的分布狀態(tài)，從而在未來更好地區(qū)分普通無線電干擾與可能具有人工起源的異常信號。

編譯自/ScitechDaily