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.

Kā veidojas binārie pulsāri?

Binārie pulsāri veidojas no divu zvaigžņu sistēmām, kur viena vai abas zvaigznes attīstās līdz supernovas stadijai. Bieži notiek arī mijiedarbība masveida zvaigžņu pāros:

  • Viens apzvaigžojas par neitronu zvaigzni pēc supernovas, saglabājot bināro orbītu.
  • Vēlāk otra zvaigzne var pārnest materiālu uz neitronu (akciju), to “paātrinot” — tā rodas millisekundes klases pulsāri.
  • Pavadoņi parasti ir balti punduri vai citas neitronu zvaigznes; pulsāru ar melno caurumu pavadoni līdz šim pārliecinoši nav novērots.

Observācijas un laika noteikšana

Pulsāru impulsu laika noteikšana (timing) ir ļoti precīza metode. No impulsiem var iegūt gan klasiskos Keplera parametrus, gan tā saucamos post‑Keplera parametrus, kas atspoguļo relativistiskus efektus. No novērojumiem iegūstama informācija, piemēram:

  • Periastrona precesija — orbītas periastrona novirze laika gaitā;
  • Orbitrāla izkliede (Ṗ) — orbītas perioda samazināšanās, ko izraisa enerģijas zudums pie gravitācijas viļņu radiācijas;
  • Shapiro aizture — impulsu laika nobīde, kas rodas, signālam šķērsojot pavadoņa gravitācijas lauku;
  • Gravitācijas sarkanā nobīde un laika dilatācija — laika nobīdes, kas saistītas ar spēcīgu gravitācijas lauku un ātrumu.

Loma gravitācijas pētījumos

Binārie pulsari ļauj veikt stingrus vispārējās relativitātes (VR) testus reālistiskā, spēcīga lauka situācijā. Piemēram:

  • PSR B1913+16 (Hulse–Taylor dubultais pulsārs) novērojumi parādīja orbītas perioda samazināšanos tieši tādā tempā, kā to paredz VR, kas tika uzlūkots kā netiešs gravitācijas viļņu pierādījums (Nobel prēmija 1993).
  • PSR J0737-3039 — vienīgais zināmais dubultpulsārs, kur abi komponenti ir pulsāri; tas nodrošina īpaši precīzus mērījumus un daudzus neatkarīgus relativitātes testus.

Ar bināro pulsaru datiem var arī ierobežot alternatīvas gravitācijas teorijas (piem., tās, kas paredz papildu dipolālas radiācijas komponentes), kā arī precīzi noteikt neitronu zvaigžņu masas, kas savukārt ierobežo neitronu zvaigžņu iekšējā blīvuma un stāvokļa vienādojumu (EOS).

Praktiskā nozīme un nākotnes iespējas

Binārie pulsari ir svarīgi ne tikai kā testi Teorijām, bet arī kā instrumenti astronomijā un fundamentālajā fizikā:

  • Precīza masas noteikšana palīdz saprast neitronu iekšējās īpašības;
  • Laika noteikšanas uzlabojumi un ilgtermiņa novērojumi var atklāt nelielas novirzes no vispārējās relativitātes paredzējumiem, norādot uz jaunu fiziku;
  • Savienojumā ar gravitācijas viļņu tiešajiem detektoriem (LIGO/Virgo/KAGRA u.c.) binārie pulsari palīdz salīdzināt tiešas un netiešas gravitācijas starojuma novērošanas metodes.

Secinājums

Binārie pulsari ir unikāli laboratorijas veida objekti kosmosā: tie sniedz iespēju precīzi mērīt gravitācijas efektus spēcīgā lauka apstākļos, pārbaudīt Einšteina teoriju un meklēt iespējamus novirzienus no tās. Turpmākie radioteleskopu un laika noteikšanas uzlabojumi sagaida vēl precīzākus testus un jaunas atziņas par neitronu zvaigžņu fiziku un gravitāciju kopumā.