Пульсар в двойной системе
Пульса́р в двойно́й систе́ме — пульсар, имеющий второй компонент, часто представляющий собой нейтронную звезду или белый карлик. По крайней мере, в одном случае (PSR J0737-3039) второй компонент также является пульсаром. Эта система получила название «двойной пульсар» (англ. double pulsar), в отличие от общего случая, когда второй компонент — не обязательно тоже пульсар (англ. binary pulsar). Пульсары в двойных системах принадлежат к тем объектам, которые позволяют физикам проверять выводы общей теории относительности вследствие сильных гравитационных полей в окрестности таких объектов. Хотя объект-компаньон пульсара обычно сложно или невозможно наблюдать напрямую, его наличие можно установить при исследовании зависимости импульсов пульсара от времени (англ. timing of the pulses), что возможно с высокой точностью при использовании радиотелескопов.
История
правитьПервый пульсар в двойной системе, PSR B1913+16, открыли в 1974 году в обсерватории Аресибо Джозеф Хотон Тейлор и Рассел Алан Халс, получившие в 1993 году Нобелевскую премию по физике. Когда Халс наблюдал открытый пульсар PSR B1913+16, то заметил, что частота пульсации изменяется в соответствии с некоторой закономерностью. Был сделан вывод о том, что пульсар вращается очень близко и с высокой скоростью вокруг другой звезды, период пульсаций меняется согласно эффекту Доплера: при приближении пульсара к наблюдателю импульсы наблюдаются чаще, при удалении пульсара количество регистрируемых за тот же промежуток времени импульсов будет меньше. Импульсы можно представлять себе в виде тиканья часов; изменение частоты тиканья свидетельствует об изменении в скорости пульсара относительно наблюдателя. Халс и Тейлор определили также, что звёзды обладают примерно равными массами, при наблюдении флуктуаций импульсов, что привело к предположению о том, что второй компонент также является нейтронной звездой. Наблюдения импульсов проводятся с точностью 15 мкc.[1]
Исследование двойного пульсара PSR B1913+16 привело к первому точному определению массы нейтронных звёзд, использующему свойства релятивистского замедления времени.[2] Когда два тела близко расположены, гравитационное поле усиливается, время протекает медленнее, промежуток времени между двумя импульсами увеличивается. При движении пульсара в более слабом поле частота импульсов увеличивается.
До момента открытия гравитационных волн и исследований LIGO[3] двойные пульсары были единственными объектами, по которым учёные могли обнаружить существование гравитационных волн; общая теория относительности предсказывала, что две нейтронные звезды будут излучать гравитационные волны при движении вокруг общего центра масс, что приведёт к уменьшению орбитальной энергии, сближению звёзд и уменьшению орбитального периода. Модель с 10 параметрами, включающая информацию о кеплеровых орбитах, поправки к кеплеровым орбитам (например, скорость движения перицентра, гравитационное красное смещение, изменение орбитального периода, релятивистское замедление времени), достаточна для представления свойств пульсара во времени.[4][5]
Измерения уменьшения орбитальной энергии системы PSR B1913+16 почти идеально соответствовали предсказаниям теории Эйнштейна. Теория относительности предсказывает, что постепенно орбитальная энергия переходит в энергию гравитационного излучения. Данные об орбитальном периоде PSR B1913+16, полученные Тейлором, Дж. М. Вайсбергом (англ. Joel M. Weisberg) и коллегами, подтверждают выводы теории; в 1982 году[2] и позднее[1][6] учёные подтвердили наличие разницы в наблюдаемом промежутке времени между двумя минимумами по сравнению с ожидаемым временем при постоянстве расстояния между компонентами. В течение десятилетия после открытия орбитальный период системы уменьшался на 76 миллионных секунды в год. Последующие наблюдения подтвердили данный вывод.
Эффекты
правитьИногда второй компонент двойного пульсара увеличивается в размерах настолько, что часть вещества падает на пульсар. Падающий газ нагревается, что может создавать рентгеновское излучение. Перетекание вещества часто приводит к образованию аккреционного диска.
Пульсары также создают ветер из движущихся с релятивистскими скоростями частиц, которые в случае двойного пульсара могут деформировать и разрушить магнитосферу компонентов системы.
Примечания
править- ↑ 1 2 Weisberg, J. M.; Nice, D. J.; Taylor, J. H. Timing Measurements of the Relativistic Binary Pulsar PSR B1913+16 (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2010. — Vol. 722. — P. 1030—1034. — doi:10.1088/0004-637X/722/2/1030. — . — arXiv:1011.0718v1.
- ↑ 1 2 Taylor, J. H.; Weisberg, J. M. A new test of general relativity - Gravitational radiation and the binary pulsar PSR 1913+16 (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1982. — Vol. 253. — P. 908—920. — doi:10.1086/159690. — .
- ↑ Abbott, Benjamin P. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2016. — Vol. 116, no. 6. — P. 061102. — doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102. — . — arXiv:1602.03837. — PMID 26918975. Архивировано 15 октября 2019 года.
- ↑ Weisberg, J. M.; Taylor, J. H.; Fowler, L. A. Gravitational waves from an orbiting pulsar (англ.) // Scientific American. — Springer Nature, 1981. — October (vol. 245). — P. 74—82. — doi:10.1038/scientificamerican1081-74. — .
- ↑ Prof. Martha Haynes Astro 201 Binary Pulsar PSR 1913+16 Website. Дата обращения: 6 июля 2020. Архивировано 8 июля 2018 года.
- ↑ Taylor, J. H.; Weisberg, J. M. Further experimental tests of relativistic gravity using the binary pulsar PSR 1913 + 16 (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1989. — Vol. 345. — P. 434—450. — doi:10.1086/167917. — .
Ссылки
править- Prof. Martha Haynes Astro 201 Binary Pulsar PSR 1913+16 Website
- Nobel Prize for the binary pulsar discovery
- Neutron Star Masses Архивная копия от 17 октября 2012 на Wayback Machine
- C. Will. The confrontation between general relativity and experiment (англ.) // Living Rev. Relativity : journal. — 2001. — Vol. 4. — P. 4. — . — arXiv:gr-qc/0103036.
- I. H. Stairs. Binary pulsars and tests of general relativity. Proceedings of the International Astronomical Union. Vol. 5. pp. 218—227. doi:10.1017/S1743921309990433.