Двойной пульсар
Двойной пульсар — это пульсар с двойным компаньоном , часто белым карликом или нейтронной звездой . (По крайней мере, в одном случае двойной пульсар PSR J0737-3039 , нейтронная звезда-компаньон, также является еще одним пульсаром.) Двойные пульсары — одни из немногих объектов, которые позволяют физикам проверять общую теорию относительности из-за сильных гравитационных полей в их окрестностях . . Хотя двойной компаньон пульсара обычно трудно или невозможно наблюдать напрямую, его присутствие можно определить по времени импульсов самого пульсара, которое можно измерить с необычайной точностью с помощью радиотелескопов .
История [ править ]
Двойной пульсар PSR B1913+16 (или «двойной пульсар Халса-Тейлора») был впервые обнаружен в 1974 году в Аресибо Джозефом Хутоном Тейлором-младшим и Расселом Халсом , за что они получили Нобелевскую премию по физике 1993 года . Наблюдая за недавно открытым пульсаром PSR B1913+16, Халс заметил, что частота его пульсаций регулярно меняется. Был сделан вывод, что пульсар вращался вокруг другой звезды очень близко с высокой скоростью и что период импульса менялся из-за эффекта Доплера : по мере того, как пульсар двигался к Земле, импульсы будут более частыми; и наоборот, по мере удаления от Земли за определенный период времени будет обнаружено меньшее количество объектов. Импульсы можно представить себе как тиканье часов; Изменения в тикании указывают на изменения скорости пульсаров по направлению к Земле и от нее. Халс и Тейлор также определили, что звезды были примерно одинаковой массы, наблюдая за этими импульсными колебаниями, что заставило их поверить в то, что другой объект также был нейтронной звездой. Импульсы этой системы теперь отслеживаются с точностью до 15 мкс . [1] (Примечание: Cen X-3 фактически был первым «двойным пульсаром», открытым в 1971 году, за ним последовал Her X-1 в 1972 году.)
Исследование двойного пульсара PSR B1913+16 также привело к первому точному определению масс нейтронных звезд с использованием релятивистских временных эффектов. [2] Когда два тела находятся в непосредственной близости, гравитационное поле становится сильнее, течение времени замедляется, а время между импульсами (или тиками) удлиняется. Затем, по мере того как часы пульсара движутся медленнее через самую слабую часть поля, они восстанавливают время. Подобным образом на орбите действует специальный релятивистский эффект — замедление времени. Эта релятивистская временная задержка представляет собой разницу между тем, что можно было бы ожидать увидеть, если бы пульсар двигался на постоянном расстоянии и скорости вокруг своего спутника по круговой орбите, и тем, что на самом деле наблюдается.
До первого наблюдения гравитационных волн в 2015 году и работы Advanced LIGO , [3] двойные пульсары были единственными инструментами, которыми располагали учёные для обнаружения свидетельств существования гравитационных волн ; теория относительности Эйнштейна Общая предсказывает, что две нейтронные звезды будут излучать гравитационные волны, вращаясь вокруг общего центра масс, что унесет орбитальную энергию и заставит две звезды сблизиться и сократить период их обращения. Модель с 10 параметрами, включающая информацию о времени пульсара, кеплеровских орбитах и трех посткеплеровских поправках (скорость продвижения периастра , коэффициент гравитационного красного смещения и замедления времени , а также скорость изменения орбитального периода из-за гравитационного излучения). излучения ) достаточно для полного моделирования времени двойного пульсара. [4] [5]
Измерения орбитального распада системы PSR B1913+16 почти идеально соответствовали уравнениям Эйнштейна. Теория относительности предсказывает, что со временем орбитальная энергия двойной системы преобразуется в гравитационное излучение . Данные, собранные Тейлором и Джоэлом М. Вайсбергами и их коллегами по орбитальному периоду PSR B1913+16, подтвердили это релятивистское предсказание; они сообщили в 1982 году [2] и впоследствии [1] [6] что существует разница в наблюдаемом минимальном расстоянии между двумя пульсарами по сравнению с ожидаемым, если бы расстояние между орбитами оставалось постоянным. В течение десятилетия после его открытия орбитальный период системы уменьшался примерно на 76 миллионных долей секунды в год, что указывает на то, что пульсар приближался к своему максимальному расстоянию более чем на секунду раньше, чем если бы орбита оставалась прежней. Последующие наблюдения продолжают показывать это снижение.
Двойной пульсар массы промежуточной
Ан Двойной пульсар промежуточной массы (IMBP) представляет собой двойную систему пульсар-белый карлик с относительно длинным периодом вращения около 10–200 мс, состоящую из белого карлика с относительно высокой массой примерно [7] Периоды вращения, напряженность магнитного поля и эксцентриситет орбит IMBP значительно больше, чем у двойных пульсаров малой массы (LMBP). [7] По состоянию на 2014 год известно менее 20 IMBP. [8] Примеры IMBP включают PSR J1802-2124. [7] и PSR J2222-0137 . [8]
Двойная система PSR J2222-0137 имеет орбитальный период около 2,45 суток и находится на расстоянии 267 +1.2
-0,9 пк (приблизительно 870 световых лет), что делает ее второй ближайшей известной двойной системой пульсаров (по состоянию на 2014 год) и одним из ближайших пульсаров и нейтронных звезд. [8] Относительно массивный пульсар (1,831 0.010 ) имеет звезду-компаньона PSR J2222−0137 B с минимальной массой примерно 1,3 массы Солнца (1,319 0.004 ). [9] Это означало, что компаньон — массивный белый карлик (только около 8% белых карликов имеют массу ), что сделает систему IMBP. Хотя первоначальные измерения дали массу PSR J2222-0137 B около 1 солнечной массы, [8] более поздние наблюдения показали, что на самом деле это массивный белый карлик. [9] а также один из самых холодных известных белых карликов с температурой менее 3000 К. [8]
PSR J2222-0137 B, вероятно, кристаллизуется, в результате чего этот белый карлик размером с Землю описывается как «бриллиантовая звезда». [10] похож на белого карлика-компаньона PSR J1719-1438 , который находится на расстоянии около 4000 световых лет от нас. [11]
Эффекты [ править ]
Иногда относительно нормальная звезда-компаньон бинарного пульсара раздувается до такой степени, что сбрасывает свои внешние слои на пульсар. Это взаимодействие может нагревать газ, которым обмениваются тела, и производить рентгеновский свет, который может казаться пульсирующим, в процессе, называемом бинарной рентгеновской стадией. Переток вещества из одного звездного тела в другое часто приводит к созданию аккреционного диска вокруг звезды-получателя.
Пульсары также создают «ветер» из релятивистски вылетающих частиц, которые в случае двойных пульсаров могут сдувать магнитосферу своих спутников и оказывать существенное влияние на импульсное излучение.
См. также [ править ]
- Астрономия - Научное изучение небесных объектов.
- PSR B1913+16 – Пульсар в созвездии Орла.
- PSR J0737-3039 - Двойной пульсар в созвездии Корма.
- Массив в квадратном километре - строящийся радиотелескоп в Австралии и Южной Африке.
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б Вайсберг, Дж. М.; Отлично, диджей; Тейлор, Дж. Х. (2010). «Временные измерения релятивистского двойного пульсара PSR B1913 + 16». Астрофизический журнал . 722 (2): 1030–1034. arXiv : 1011.0718 . Бибкод : 2010ApJ...722.1030W . дои : 10.1088/0004-637X/722/2/1030 . S2CID 118573183 .
- ^ Перейти обратно: а б Тейлор, Дж. Х.; Вайсберг, Дж. М. (1982). «Новый тест общей теории относительности - Гравитационное излучение и двойной пульсар PSR 1913+16». Астрофизический журнал . 253 : 908–920. Бибкод : 1982ApJ...253..908T . дои : 10.1086/159690 .
- ^ Эбботт, Бенджамин П.; и другие. (Научное сотрудничество LIGO и сотрудничество Virgo) (2016). «Наблюдение гравитационных волн в результате слияния двойных черных дыр» . Физ. Преподобный Летт. 116 (6): : 1602.03837 061102.arXiv . Бибкод : 2016PhRvL.116f1102A . doi : 10.1103/PhysRevLett.116.061102 . ПМИД 26918975 . S2CID 124959784 .
- ^ Вайсберг, Дж. М.; Тейлор, Дж. Х.; Фаулер, Луизиана (октябрь 1981 г.). «Гравитационные волны от орбитального пульсара». Научный американец . 245 (4): 74–82. Бибкод : 1981SciAm.245d..74W . doi : 10.1038/scientificamerican1081-74 .
- ^ «Веб-сайт профессора Марты Хейнс Astro 201 Binary Pulsar PSR 1913+16» .
- ^ Тейлор, Дж. Х.; Вайсберг, Дж. М. (1989). «Дальнейшие экспериментальные испытания релятивистской гравитации с использованием двойного пульсара PSR 1913+16». Астрофизический журнал . 345 : 434–450. Бибкод : 1989ApJ...345..434T . дои : 10.1086/167917 . S2CID 120688730 .
- ^ Перейти обратно: а б с Чен, В.-К.; Ли, Х.-Д.; Сюй, Р.-Х. (2011). «Звездный эволюционный канал к бинарному пульсару промежуточной массы PSR J1802-2124». Астрономия и астрофизика . 530 : А104. arXiv : 1105.1046 . Бибкод : 2011A&A...530A.104C . дои : 10.1051/0004-6361/201116532 . ISSN 0004-6361 . S2CID 119183244 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Это Каплан, Дэвид Л.; Бойлз, Джейсон; Данлэп, Барт Х.; Тендулкар, Шрихарш П.; Деллер, Адам Т.; Рэнсом, Скотт М.; Маклафлин, Маура А.; Лоример, Дункан Р.; Лестница, Ингрид Х. (2014). «A 1,05 M ⊙ компаньон PSR J2222-0137: самый крутой из известных белых карликов?». Астрофизический журнал . 789 (2): 119. arXiv : 1406.0488v1 . Бибкод : 2014ApJ...789..119K . дои : 10.1088/0004-637X/789/2/119 . ISSN 0004-637X . S2CID 19986066 .
- ^ Перейти обратно: а б Го, Ю.Дж.; Фрейре, PCC; Гиймо, Л.; Крамер, М.; Чжу, WW; Векс, Н.; Макки, JW; Деллер, А.; Дин, Х.; Каплан, Д.Л.; Стейперс, Б.; Коньяр, И.; Мяо, X.; Хаазе, Л.; Кейт, М.; Рэнсом, С.М.; Теро, Г. (2021). «PSR J2222-0137. I. Улучшенные физические параметры системы». Астрономия и астрофизика . 654 : А16. arXiv : 2107.09474 . Бибкод : 2021A&A...654A..16G . дои : 10.1051/0004-6361/202141450 . S2CID 236134389 .
- ^ Дрейк, Надя (24 июня 2014 г.). «Астрономы обнаружили медленно приготовленный алмаз размером с Землю» . Национальная география . Архивировано из оригинала 21 марта 2021 года.
- ^ Фазекас, Эндрю (26 августа 2011 г.). « Найдена «Алмазная» планета; возможно, это лишенная звезды» . Национальная география . Архивировано из оригинала 17 мая 2021 года.
Внешние ссылки [ править ]
- Веб-сайт профессора Марты Хейнс Astro 201 Binary Pulsar PSR 1913+16
- Нобелевская премия за открытие двойного пульсара
- Массы нейтронных звезд , заархивированные 17 октября 2012 г. в Wayback Machine.
- Д. Лоример (2008). «Двойные и миллисекундные пульсары» . Живые обзоры в теории относительности . 11 (1): 8. arXiv : 0811.0762 . Бибкод : 2008LRR....11....8L . дои : 10.12942/lrr-2008-8 . ПМК 5256074 . ПМИД 28179824 .
- К. Уилл (2001). «Противостояние общей теории относительности и эксперимента» . Живые обзоры в теории относительности . 4 (1): 4. arXiv : gr-qc/0103036 . Бибкод : 2001LRR.....4....4W . дои : 10.12942/lrr-2001-4 . ПМЦ 5253802 . ПМИД 28163632 .
- IH Лестница (2009). «Двойные пульсары и тесты общей теории относительности» . Труды Международного астрономического союза . 5 : 218–227. дои : 10.1017/S1743921309990433 .
