毫秒脈衝星揭開前所未有的星際電漿結構

脈衝星是高速旋轉的中子星，會規律發出強烈無線電波，當訊號穿越星際電漿結構時，會出現類似「閃爍」現象，就像星星一閃一閃。科學家用南半球最強大電波望遠鏡 MeerKAT 對一顆脈衝星的閃爍現象精細觀測，鄰近宇宙空間發現隱藏的電漿結構，包括清晰弓形震波與本地泡（Local Bubble）內的微型電漿湍流。

這項研究4月21日發表於《自然天文學》（Nature Astronomy），首次描述如何測量脈衝星周圍的電漿結構，讓我們了解本地泡這原先認為相對空曠的地區卻充滿了細緻電漿結構，甚至還挑戰脈衝星震波理論。團隊用電波望遠鏡MeerKAT觀測PSR J0437−4715超過十小時，記錄無線電訊號如何因星際電漿變化，並頻譜分析，找出25條稱為閃爍弧的抛物線型干涉條紋。這些閃爍弧是無形星際物質的指紋，可精確反推出電漿的距離、速度與形狀。團隊將四條閃爍弧歸因於脈衝星周圍的弓形震波，另有21條來自本地泡的電漿湍流。

▲ 動畫展示25條閃爍弧（scintillation arcs）二次頻譜隨時間變化的動態，這些變化來自脈衝星軌道移動時速度改變。動畫每一幀代表連六天的某一天觀測到的閃爍弧。從弧線彎曲度變化，科學家推算出散射電漿結構的距離與相對速度。超過20條高曲率弧線來自本地泡星際介質的湍流結構，電漿層會彎曲無線電波路徑並產生明顯干涉。小視窗四條低曲率弧線來自脈衝星本身弓形震波區域，是與脈衝星風和星際物質交界處有關的特殊結構。（Source：論文，下同）

弓形震波：星際聲波弧形牆

PSR J0437−4715移動速度極快，高速恆星風與星際物質相撞，就像船在水面劃出波浪般，形成一道弓形震波。更特別的是，研究還發現來自震波尾部的電漿回流現象，觀測時極為罕見。用這些數據，科學家首次拼湊出一幅完整的脈衝星震波剖面圖，推動脈衝星震波新模型的建立。

▲ 南方天文研究望遠鏡（SOAR）觀測資料，PSR J0437−4715周圍的弓形震波以Hα輻射捕捉到紅光影像為主體。重疊團隊建立的3D雙曲面模型，對應激波後方受擾動星際介質。亮點為脈衝星的白矮星伴星，因兩者距離極近，影像無法分辨。

本地泡的驚喜

PSR J0437−4715所在區域與太陽系相同，位於稱為本地泡的低密度區域。然這次觀測顛覆人們對這片區域空無一物的想像。觀測結果顯示本地泡有大量小尺度電漿結構，有些小到只有地球軌道一半，代表本地泡內早就不是空曠地帶，反而有豐富電漿結構。這些結構不僅能干擾無線電訊號，甚至可能影響觀測重力波的脈衝星計時陣列（PTA）。