Радиоприёмник, настроенный на одну станцию, вдруг начинает ловить другую, потому что кто-то невидимый крутит ручку настройки. Примерно так ведёт себя радиоспектр миллисекундного пульсара PSR J2144−5237: частота, на которой его излучение резко ослабевает, плавно смещается от 0,8 до 3 гигагерц, пока звезда делает оборот вокруг компаньона. Этот «излом» спектра, похожий на перегиб на графике, астрономы из индийского центра NCRA-TIFR впервые проследили не от случая к случаю, а непрерывно на протяжении почти всей десятидневной орбиты.

Около пятидесяти часов наблюдений на 64-метровом радиотелескопе Parkes в Австралии с широкополосным приёмником, который одновременно ловит волны от 704 до 4032 мегагерц, позволили собрать мозаику из десяти эпох. Каждая эпоха захватывала узкий кусочек орбиты, а вместе они сложились в полную картину. Импульс пульсара состоит из двух компонентов, которые соответствуют разным магнитным полюсам нейтронной звезды. И вот что удивительно: оба компонента «дышат» одинаково. Частота излома у первого и второго компонента меняется синхронно, с коэффициентом корреляции 0,98. Такое совпадение исключает внутренние причины, связанные с самой звездой, и указывает на общий внешний экран.

Этим экраном, скорее всего, служит плазма — облако заряженных частиц, которое окутывает звезду-компаньона. Когда пульсар движется по орбите, луч зрения проходит сквозь разные участки этого облака. В плотных и намагниченных местах радиоволны поглощаются сильнее, и излом спектра сдвигается вверх по частоте. Моделирование показало, что главный механизм поглощения — циклотронный резонанс: частицы плазмы, вращаясь вокруг силовых линий магнитного поля, отбирают энергию у волн определённой частоты. Простое поглощение в ионизованном газе, которое часто считают основной причиной, здесь не справляется.

Раньше астрономы замечали, что спектры некоторых двойных пульсаров меняются в зависимости от положения на орбите, но проследить сам излом непрерывно не удавалось: источники слишком слабые, а широкополосных наблюдений не хватало. Теперь же частота излома превращается из статичной характеристики в чувствительный инструмент диагностики. По её изменениям можно судить о плотности электронов и напряжённости магнитного поля в плазме, которая окружает компаньона.

Этот метод применим к любым двойным пульсарам с изломом в спектре. Он даёт новый способ оценивать магнитное поле компаньона и плотность электронов в пульсарном ветре — потоке заряженных частиц, который звезда выбрасывает в пространство. И тогда невидимая рука, которая крутит ручку настройки, становится видимой: мы начинаем различать форму и движение плазменного облака, сквозь которое смотрит на нас пульсар.

В будущем астрономы планируют перейти от простого описания к физическим моделям переноса излучения, которые учитывают конкретные механизмы поглощения. Совместный анализ эволюции частоты излома с поляризацией и другими характеристиками позволит восстановить геометрию магнитного поля в системе. А расширение выборки на другие двойные пульсары, особенно с помощью будущего радиотелескопа Square Kilometre Array, покажет, насколько универсален этот эффект. И тогда радиоспектры пульсаров станут не просто графиками, а настоящими картами невидимых плазменных облаков.