星际空间中的表观超光速脉冲传播：星际介质的新探针

射电脉冲星发射规则的射电辐射爆发，这些辐射穿过星际介质 (ISM)，即恒星之间稀薄的气体和等离子体。先前已知的 ISM 的色散特性导致低频脉冲相对于高频脉冲在时间上延迟。这种效应可以用介质中存在自由电子来解释。ISM 还包含中性氢，它在 1420.4 MHz 处有一个众所周知的共振。电磁理论预测，在这样的共振处，诱发的色散效应将与自由电子的色散效应截然不同。穿过中性氢云的脉冲应经历“反常色散”，这会导致介质的群速度大于真空中的光速。这种超光速群速度使得包含接近共振频率的脉冲相对于其他脉冲更早到达。因此，这些脉冲看起来传播得比光快。这种现象是由脉冲中存在的时间尺度与介质中存在的时间尺度之间的相互作用引起的。虽然违反直觉，但它并不违反狭义相对论定律。在这里，我们展示了射电脉冲星 PSR B1937+21 的阿雷西博观测结果，这些结果清晰地显示了反常色散的证据。尽管这种效应在实验室物理学中已知，但这是它首次在天体物理背景下被直接观测到，并且它有可能成为研究银河系中性氢性质的有用工具。