4. Pulsar timing: rastrear la rotación de un pulsar
Esta es una técnica para modelar la rotación de los pulsares de manera muy precisa. Se basa en mediciones de los tiempos de llegada al observatorio de los pulsos provenientes del pulsar.
El método de observación que permite hacer pulsar timing es muy distinto a los métodos usados para estudiar otros objetos astronómicos. En general, galaxias y estrellas (por ejemplo) son observadas durante un periodo de tiempo (minutos u horas) en el cual la radiación es acumulada o integrada. Además, es normal generar imágenes que muestren al objeto de interés y el resto de otros objetos en un pedazo del cielo. Superponiendo imágenes tomadas a distintas longitudes de onda es como se generan las espectaculares imágenes astronómicas de galaxias o nebulosas que todxs conocemos.
Para hacer pulsar timing no es necesario generar una imagen del entorno del pulsar ni es necesario promediar la emisión en el tiempo. Para detectar los pulsos del pulsar lo que necesitamos es que la observación tenga una resolución temporal alta (de al menos 1/10 del periodo de rotación del pulsar). Para ondas de radio, lo que se hace es apuntar una antena en la dirección del pulsar y grabar el flujo electromagnético durante tiempos muy cortos (1 us o menos) y consecutivos para generar un set de datos de flujo versus tiempo.
En general, una observación contiene miles de pulsos. Por ejemplo: si el periodo del pulsar es 10 ms y la observación completa duró 10 minutos, entonces habrán 60 mil pulsos en nuestro set de datos. En la mayoría de los casos cada pulso es tan débil (en términos de flujo) que no lograremos distinguirlo del ruido (que siempre estará presente). Esto es lo que se muestra en la etapa I del diagrama. Luego, en la etapa II se separa el set de datos en bloques que duren precisamente el periodo de rotación del pulsar (obtenido previamente mediante análisis de Fourier), para luego sumar todos los bloques en la etapa III. El resultado es una curva con la forma promedio del pulso (etapa IV).
Diagrama que demuestra el proceso de doblado de una serie de tiempo usando el periodo de rotación. Se logra la superposición exacta de los pulsos individuales grabados durante la observación. El resultado es un pulso promedio con mayor señal a ruido que cada pulso individual [diagrama hecho por Florence Gutzwiller].
Este pulso promedio es conocido como pulse profile (que podría traducirse como perfil del pulso) y es una característica muy propia de cada pulsar; tan única como nuestras huellas dactilares.
El pulso promedio obtenido en la observación es luego comparado con un pulso promedio de alta calidad (o de alta señal a ruido, que en la animación es llamado plantilla) previamente obtenido, normalmente a partir de observaciones largas del mismo pulsar. Esta comparación permite determinar en qué momento preciso llegó un pulso individual al observatorio (T, en la animación). Dependiendo del observatorio y de la implementación particular de la técnica, este pulso puede ser el primero que llegó desde el comienzo de la observación, el último, o el más cercano al tiempo medio de la observación. En el ejemplo del diagrama, el tiempo medido corresponde a la llegada del primer pulso desde el comienzo de la observación. El tiempo de llegada final sería t0+T, donde t0 es el momento en que comenzó la observación. La cantidad t0 debe corresponder a la hora exacta de ese momento, razón por la cual los observatorios normalmente tienen relojes atómicos, que son muy estables y precisos.
Gracias a que la forma particular del pulso promedio es siempre la misma, podemos medir el tiempo de llegada t0 con mucha precisión. Esta precisión es clave en el análisis posterior, en donde muchas mediciones de t0 se usan en conjunto para rastrear la rotación del pulsar con gran certeza y durante años.
La plantilla, o pulso ideal, es alineada de la mejor manera posible con un pulso observado promedio. Así se mide el tiempo, con respecto del inicio de la observación, de llegada del pulso observado al observatorio [Florence Gutzwiller].