脉冲星PSR J0332+5434的闪烁揭示了宇宙空间的隐藏纹理

天文学家通过对一颗脉冲星长达近一年的持续观测，发现宇宙空间会悄然弯曲并延迟来自深空的无线电信号，从而揭示出星际空间中看不见的精细结构。这项研究由美国 SETI 研究所牵头，利用艾伦望远镜阵列对脉冲星 PSR J0332+5434（又称 B0329+54）进行了约 10 个月的密集监测，观测频段覆盖 900 至 1956 MHz，无线电脉冲在传播过程中呈现出类似“闪烁”的衍射和干涉图样，这一现象被称为“闪烁”（scintillation）。

脉冲星是由大质量恒星剧烈爆发后留下的致密、快速自转的恒星残骸，它们以惊人的规律性发射无线电脉冲，被视为宇宙中的“精密时钟”。由于这些脉冲到达时间极其稳定，天文学家可以用高灵敏度射电望远镜记录每一次脉冲的精确抵达时刻，从而捕捉到极其细微的变化，比如与宇宙中低频引力波相关的时延信号。然而，在从脉冲星到地球的漫长旅途中，星际介质中的气体和自由电子会对无线电波产生散射，使得信号被拉伸、扩散，抵达时间出现微小偏移，有时只有几十纳秒，而要保持脉冲计时实验的高精度，就必须学会测量并修正这些“空间噪声”。

研究团队指出，脉冲星信号的表现与地面观测到的“星星闪烁”颇为类似：地面上看到恒星闪烁，是因为地球大气扰动光路；而脉冲星的无线电波在穿越星际空间时，则因漂浮的电子云等结构而产生明暗相间的条纹，在不同频率和时间上不断变化。这些随时间演变的亮暗斑块构成了闪烁带宽等可以量化的参数，而闪烁越剧烈，对脉冲抵达时间的影响通常也越明显，因此通过长期反复观测同一颗明亮且相对邻近的脉冲星，研究人员得以将这些闪烁图样转化为可用于高精度计时实验的修正量。

在这项依托艾伦望远镜阵列的研究中，团队在约 300 天内几乎每天对这颗脉冲星进行短时观测，重点测量其闪烁带宽随时间的变化。结果显示，闪烁强度在数天到数月的时间尺度上明显起伏，并且数据还指向一个大约 200 天周期的整体变化趋势，显示星际介质并非均匀静态，而是存在随时间演化的大尺度结构。研究人员还提出了一种更可靠的分析方法，用于估算闪烁随无线电频率变化的规律，充分利用了望远镜的宽频带覆盖能力，为今后类似观测提供了可复用的技术路径。

项目负责人、SETI 研究所实习研究员 Grayce Brown 表示，脉冲星是探索宇宙与本星系邻域的极佳工具，这类成果不仅推进脉冲星科学本身，也在帮助包括搜寻地外文明（SETI）在内的其他天文学领域。所有穿越星际介质的无线电信号都会在一定程度上经历闪烁，对于 SETI 研究者而言，这种特征反而是筛选信号的有力线索：带有明显星际闪烁特征的信号，更可能来自太阳系之外，而那些不具备此类空间传播痕迹的，则更可能是地面人造干扰。

共同作者、SETI 研究所技术信号研究科学家 Sofia Sheikh 指出，艾伦望远镜阵列宽频带、可长期连续投入同一项目的特性，使其非常适合开展脉冲星闪烁监测。通过追踪一颗脉冲星信号在穿越空间时的细微变化，科学家不仅能更清楚地了解脉冲星本身与地球运动轨迹，还能刻画两者之间星际物质的分布状态，从而在未来更好地区分普通无线电干扰与可能具有人工起源的异常信号。

编译自/ScitechDaily