Binārais pulsārs
Binārais pulsārs ir pulsārs ar bināro pavadoni, kas bieži ir baltais punduris vai neitronu zvaigzne. Vismaz vienā gadījumā - dubultā pulsāra PSR J0737-3039 - pavadošā zvaigzne ir arī cits pulsārs.
Bināri pulsari ir vieni no nedaudzajiem objektiem, kas ļauj fiziķiem pārbaudīt vispārējo relativitāti spēcīga gravitācijas lauka gadījumā. Lai gan pulsāra bināro pavadoni parasti ir grūti vai pat neiespējami novērot, pulsāra impulsu laiku ar radioteleskopiem var izmērīt ar ārkārtīgu precizitāti. Bināro pulsāru laika noteikšana ir netieši apstiprinājusi gravitācijas starojuma pastāvēšanu un pārbaudījusi Einšteina vispārējo relativitātes teoriju.
Relativitāte
Divi objekti, kas riņķo pa orbītu, nešķiet, ka to dara pa absolūti apļveida ceļiem. tie praktiski vienmēr ir eliptiski. Tātad divreiz aplis ir vistuvāk un divreiz aplis ir vistālāk. Tas ir acīmredzami Zemes un Saules gadījumā, bet šī ideja ir piemērojama daudz plašāk.
Kad abi ķermeņi atrodas tuvu, gravitācijas lauks ir spēcīgāks, un laika ritējums palēninās. Pulsāros laiks starp impulsiem (jeb tikšķiem) ir garāks. Pulsaro pulsatora pulsatoram lēnāk pārvietojoties cauri vājākajai lauka daļai, tas atgūst laiku. Tā ir relatīvisma laika aizkave. Tā ir starpība starp to, ko varētu sagaidīt, ja pulsārs ap savu pavadoni kustētos nemainīgā attālumā un ātrumā, un to, kas tiek novērots patiesībā.
Bināri pulsari ir viens no nedaudzajiem zinātnieku rīcībā esošajiem instrumentiem, ar kuru var atklāt gravitācijas viļņu klātbūtnes pierādījumus. Einšteina vispārējā relativitātes teorija paredz, ka divas neitronu zvaigznes, riņķojot ap kopīgu masas centru, izstarotu gravitācijas viļņus, kas pārnestu orbītas enerģiju un liktu abām zvaigznēm tuvināties. Abiem zvaigžņu ķermeņiem tuvojoties viens otram, bieži vien viens pulsārs uzsūc matēriju no otra, izraisot spēcīgu akrēcijas procesu. Šī mijiedarbība var uzkarsēt gāzi, kas apmainās starp ķermeņiem, un radīt rentgena staru gaismu, kas var šķist pulsējoša, tāpēc divkāršo pulsāru reizēm dēvē par rentgena divzvaigznēm. Šo vielas plūsmu no viena zvaigžņu ķermeņa uz otru sauc par akrēcijas disku. Milisekundes pulsari (jeb MSP) rada sava veida "vēju", kas bināro pulsaru gadījumā var izpūst neitronu zvaigžņu magnetosfēru un būtiski ietekmēt impulsu izstarošanu.
Vēsture
Pirmo bināro pulsaru PSR B1913+16 jeb "Hulsa-Teilora bināro pulsaru" 1974. gadā Arecibo stacijā atklāja Džozefs Teilors un Rasels Hulss, par ko viņi 1993. gadā saņēma Nobela prēmiju fizikā. Kopš šīs sistēmas atklāšanas tās impulsi ir izsekoti bez traucējumiem ar precizitāti līdz 15 μs.
1993. gadā Nobela prēmiju saņēma Džozefs Teilors un Rasels Hulss pēc tam, kad viņi atklāja divas šādas zvaigznes. Novērojot jaunu pulsaru ar nosaukumu PSR B1913+16, Hulse pamanīja, ka tā pulsēšanas frekvence svārstās. Tika secināts, ka visvienkāršākais izskaidrojums ir tāds, ka pulsārs ar lielu ātrumu ļoti tuvu riņķo ap citu zvaigzni. Hulse un Teilors, novērojot šīs impulsu svārstības, noteica, ka zvaigznes ir vienlīdz smagas, un tas lika viņiem domāt, ka otrs telpiskais objekts arī ir neitronu zvaigzne.
Novērojumi par šīs zvaigžņu sistēmas orbitālo sabrukumu gandrīz pilnībā atbilda Einšteina vienādojumiem. Relativitātes teorija paredz, ka ar laiku divkāršo sistēmu orbītas enerģija tiks pārvērsta gravitācijas starojumā. Teilora un viņa kolēģu savāktie dati par PRS B1913+16 orbitālo periodu apstiprināja šo relativistisko prognozi. Viņi 1983. gadā ziņoja, ka novērotais minimālais abu pulsaru atdalījums atšķīrās no gaidāmā, ja orbitālais atdalījums būtu nemainīgs. Desmit gadu laikā pēc atklāšanas sistēmas orbitālais periods bija samazinājies par aptuveni 76 miljondaļām sekundes gadā. Tas nozīmē, ka pulsārs tuvojās maksimālajam atdalījumam vairāk nekā sekundi agrāk, nekā tas būtu noticis, ja orbīta būtu palikusi nemainīga. Arī turpmākajos novērojumos šis samazinājums joprojām ir novērojams.
Kumulatīvā periastrona perioda nobīde sekundēs divžvaigžņu sistēmai PSR B1913+16, kad sistēma zaudē enerģiju gravitācijas viļņu emisijas rezultātā. Sarkanie punkti ir eksperimentālie dati, bet zilā līnija ir nobīde, ko paredz relatīvisma teorija.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir binārais pulsārs?
A: Binārais pulsārs ir pulsārs ar bināru pavadoni, bieži vien balto rūķīti vai neitronu zvaigzni.
J: Kas ir divējādo pulsāru pavadošā zvaigzne?
A: Bināro pulsāru pavadošā zvaigzne bieži vien ir baltais punduris vai neitronu zvaigzne, bet vismaz vienā gadījumā (dubultais pulsārs PSR J0737-3039) pavadošā zvaigzne ir arī cits pulsārs.
J: Kāda ir divkāršo pulsāru nozīme fizikā?
A: Bināri pulsāri ir nozīmīgi fizikā, jo tie ļauj fiziķiem pārbaudīt vispārējo relativitāti spēcīga gravitācijas lauka gadījumā.
J: Vai ir iespējams novērot bināra pulsāra pavadošo zvaigzni?
A: Parasti pulsāra pavadošo zvaigzni ir grūti vai pat neiespējami novērot.
J: Kā var izmērīt bināra pulsara impulsu laiku?
A: Ar radioteleskopiem var ārkārtīgi precīzi izmērīt bināra pulsara impulsu laiku.
J: Ko netieši apstiprina divkāršo pulsāru laika noteikšana?
A: Bināro pulsāru laika noteikšana netieši ir apstiprinājusi gravitācijas starojuma pastāvēšanu.
J: Kādu teoriju ir apstiprinājusi bināro pulsaru laika noteikšana?
A: Bināro pulsaru laika noteikšana ir apstiprinājusi Einšteina vispārējo relativitātes teoriju.
