Бинарный пульсар
Бинарный пульсар - это пульсар с бинарным компаньоном, часто белым карликом или нейтронной звездой. По крайней мере, в одном случае, двойном пульсаре PSR J0737-3039, звезда-компаньон также является другим пульсаром.
Бинарные пульсары - один из немногих объектов, позволяющих физикам проверить общую относительность в случае сильного гравитационного поля. Хотя бинарный спутник пульсара обычно трудно или невозможно наблюдать, время импульсов от пульсара может быть измерено с необычайной точностью радиотелескопами. Время бинарных пульсаров косвенно подтвердило существование гравитационного излучения и подтвердило общую теорию относительности Эйнштейна.
Относительность
Два объекта, вращающиеся по орбитам, не делают это по абсолютно круговым траекториям. траектории практически всегда эллиптические. Поэтому дважды за круг они оказываются ближе всего, и дважды за круг они оказываются дальше всего. Это очевидно для Земли и Солнца, но идея применима гораздо шире.
Когда два тела находятся близко, гравитационное поле сильнее, и течение времени замедляется. У пульсаров время между импульсами (или тиками) удлиняется. По мере того, как часы пульсара движутся медленнее через самую слабую часть поля, они восстанавливают время. Это и есть релятивистская задержка времени. Это разница между тем, что можно было бы ожидать увидеть, если бы пульсар двигался на постоянном расстоянии и с постоянной скоростью вокруг своего спутника, и тем, что наблюдается в действительности.
Бинарные пульсары - один из немногих инструментов, которыми располагают ученые для обнаружения доказательств существования гравитационных волн. Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что две нейтронные звезды будут испускать гравитационные волны при обращении вокруг общего центра масс, которые будут уносить орбитальную энергию и заставлять две звезды сближаться. Когда два звездных тела сближаются друг с другом, часто один пульсар поглощает вещество другого, вызывая бурный процесс аккреции. Это взаимодействие может нагревать газ, которым обмениваются тела, и производить рентгеновское излучение, которое может казаться пульсирующим, из-за чего бинарные пульсары иногда называют рентгеновскими бинарами. Этот поток вещества от одного звездного тела к другому известен как аккреционный диск. Миллисекундные пульсары (или MSP) создают своего рода "ветер", который в случае бинарных пульсаров может сдувать магнитосферу нейтронных звезд и оказывать драматическое влияние на излучение пульсаров.
История
Первый бинарный пульсар, PSR B1913+16 или "бинарный пульсар Халса-Тейлора", был открыт в 1974 году в Аресибо Джозефом Тейлором и Расселом Халсом, за что они получили Нобелевскую премию по физике в 1993 году. Импульсы от этой системы отслеживались без сбоев с точностью до 15 мкс с момента ее открытия.
Нобелевская премия 1993 года была присуждена Джозефу Тейлору и Расселу Халсу после открытия ими двух таких звезд. Во время наблюдения за новым пульсаром, названным PSR B1913+16, Халс заметил, что частота его пульсаций колеблется. Было сделано заключение, что самое простое объяснение заключается в том, что пульсар вращается вокруг другой звезды на очень близкой орбите с высокой скоростью. Наблюдая эти пульсационные колебания, Халс и Тейлор определили, что звезды одинаково тяжелы, что позволило им предположить, что другой космический объект также является нейтронной звездой.
Наблюдения за распадом орбиты этой звездной системы почти полностью совпали с уравнениями Эйнштейна. Относительность предсказывает, что со временем орбитальная энергия бинарной системы будет преобразована в гравитационное излучение. Собранные Тейлором и его коллегами данные об орбитальном периоде PRS B1913+16 подтвердили это релятивистское предсказание. В 1983 году они сообщили, что наблюдаемое минимальное разделение двух пульсаров отличается от ожидаемого, если бы орбитальное разделение оставалось постоянным. За десятилетие после открытия орбитальный период системы уменьшился примерно на 76 миллионных долей секунды в год. Это означает, что пульсар приближался к своему максимальному расстоянию более чем на секунду раньше, чем если бы орбита оставалась неизменной. Последующие наблюдения продолжают показывать это уменьшение.
Кумулятивный сдвиг периода перистрона в секундах для бинарной звездной системы PSR B1913+16 по мере того, как система теряет энергию в результате излучения гравитационных волн. Красные точки - экспериментальные данные, а синяя линия - сдвиг, предсказанный теорией относительности.
Вопросы и ответы
В: Что такое бинарный пульсар?
О: Бинарный пульсар - это пульсар с бинарным компаньоном, часто белым карликом или нейтронной звездой.
В: Что такое звезда-компаньон бинарного пульсара?
О: Звездой-компаньоном бинарного пульсара часто является белый карлик или нейтронная звезда, но по крайней мере в одном случае (двойной пульсар PSR J0737-3039) звездой-компаньоном является и другой пульсар.
В: Каково значение бинарных пульсаров в физике?
О: Бинарные пульсары важны для физики, поскольку они позволяют физикам проверить общую относительность в случае сильного гравитационного поля.
В: Можно ли наблюдать звезду-компаньона бинарного пульсара?
О: Обычно звезду-компаньона пульсара трудно или невозможно наблюдать.
В: Как можно измерить время импульсов от бинарного пульсара?
О: Время импульсов от бинарного пульсара может быть измерено с необычайной точностью с помощью радиотелескопов.
В: Что косвенно подтверждает синхронизация бинарных пульсаров?
О: Время бинарных пульсаров косвенно подтвердило существование гравитационного излучения.
В: Какую теорию подтвердила синхронизация бинарных пульсаров?
О: Время бинарных пульсаров подтвердило общую теорию относительности Эйнштейна.
