Hľadanie pulzarov prostredníctvom projektu Einstein@Home a rádioteleskopu v Arecibo - prečo a ako?

3.) Aký je princíp našej metódy?

Naše vyhľadávanie je „slepým vyhľadávaním“. Nevieme totiž vopred vzdialenosť, rýchlosť rotácie ani orbitálne parametre pulzaru, ktorý môže byť skrytý v skúmaných dátach. Musíme hľadať všetky možné kombinácie týchto parametrov aby sme pravdepodobnosť úspešného nájdenia pulzaru maximalizovali .  
Medzihviezdny priestor je vyplnený oblakmi plynu a prachu. Niektoré z týchto mračien majú teplotu okolo 8000 Kelvinov a obsahujú voľné elektróny. Tie potom rozptyľujú cez ne prechádzajúce rádiové vlny, čo sa prejavuje napr. tým, že vyššie frekvencie dorazia k pozemskému pozorovateľovi skôr ako frekvencie nižšie. Čím viac elektrónov sa nachádza v ceste signálu, tým väčší je tento časový posun. Rádioteleskopy pozorujú široké spektrum rádiofrekvencií, takže pozorované dáta musia byť korigované vzhľadom na tento rozptyl. Keďže presná veľkosť rozptylu závisí od neznámej vzdialenosti pulzaru a počtu elektrónov na tejto vzdialenosti, korigujeme dáta voči 628 vopred zvoleným hodnotám rozptylu a prehľadávame nezávisle každé z takto získaných dát. Tento proces sa nazýva „dedisperzia“ (alebo „odrozptyľovanie“), a uskutočňuje sa na serveroch projektu Einstein@Home.           

Keďže nepoznáme ani orbitálne parametre hľadaných sústav, musíme skúšať tisíce rôznych orbitálnych „vzorov“ (možností), každý zodpovedajúci rôznym hodnotám Dopplerovho posunu. Pre každý z týchto vzorov sú skúmané dáta skorigované voči plnému Dopplerovmu javu pre zodpovedajúcu obežnú dráhu. Toto je prvý krok, ktorý sa uskutočňuje na počítačoch pripojených k projektu. Ďalším krokom je testovanie či sa v dátach nájde signál po pulzare nachádzajúcom sa na danej dráhe (alebo veľmi podobnej). Toto sa uskutočňuje pomocou frekvenčnej analýzy (tzv. Fourierova transformácia), ktorá odhalí „nerozmazanú“ obežnú periódu.         
Keďže signály z rádiopulzarov nie sú sínusoidové ale pulzné, frekvenčná analýza ukáže frekvenčné zložky ako základnú frekvenciu a celočíselné násobky tejto frekvencie. Zosumovanie týchto zložiek je veľmi mocným trikom vy vyhľadávaní pulzarov a výrazne zvyšuje citlivosť vyhľadávania. Toto sumovanie je posledným krokom uskutočneným na počítačoch užívateľov. Nakoniec počítače serverom projektu zašlú zoznam najnádejnejších kandidátov, ktorý je už ďalej analyzovaný vedcami.     

Obr. 5: Pohyb pulzaru na obežnej dráhe spôsobuje pravidelnú zmenu v pozorovanej dobe medzi dvoma pulzmi.
Kredit: Adam Chandler
 

Obr. 6: Svetelné krivky pulzarov častokrát pomáhajú odhaliť veľa zaujímavých skutočností, avšak takmer vždy majú jeden poľahky odlíšiteľný hlavný pulz.
Kredit: D. R. Lorimer, Binary and Millisecond Pulsars, Living Rev. Relativity 11, (2008), 8