stringtranslate.com

ПСР J0737−3039

PSR J0737−3039 — первый известный двойной пульсар . Он состоит из двух нейтронных звезд , излучающих электромагнитные волны в радиодиапазоне в релятивистской двойной системе . Два пульсара известны как PSR J0737−3039A и PSR J0737−3039B. Он был обнаружен в 2003 году в австралийской обсерватории Паркса международной группой под руководством итальянского радиоастронома Марты Бергай во время высокоширотного обзора пульсаров. [4]

Пульсары

Пульсар — это нейтронная звезда , которая производит пульсирующее радиоизлучение из-за сильного магнитного поля . Нейтронная звезда — это ультракомпактный остаток массивной звезды, которая взорвалась как сверхновая . Нейтронные звезды имеют массу больше Солнца , но при этом имеют всего несколько километров в поперечнике. Эти чрезвычайно плотные объекты вращаются вокруг своей оси , производя сфокусированные электромагнитные волны , которые проносятся по небу и на короткое время указывают на Землю в эффекте маяка со скоростью, которая может достигать нескольких сотен импульсов в секунду.

Хотя двойные системы нейтронных звезд были известны до ее открытия, PSR J0737−3039 является первой и единственной известной системой (по состоянию на 2021 год ), где обе нейтронные звезды являются пульсарами, следовательно, системой «двойного пульсара». [5] Объект похож на PSR B1913+16 , который был открыт в 1974 году Джоселин Белл, Тейлор и Халс , и за который они оба получили Нобелевскую премию по физике 1993 года . Объекты такого рода позволяют точно проверить общую теорию относительности Эйнштейна , поскольку точная и последовательная синхронизация импульсов пульсара позволяет наблюдать релятивистские эффекты, когда они в противном случае были бы слишком малы. В то время как многие известные пульсары имеют двойного компаньона, и многие из них, как полагают, являются нейтронными звездами, J0737−3039 является первым случаем, когда оба компонента известны как не просто нейтронные звезды, а пульсары.

Открытие

PSR J0737−3039A был обнаружен в 2003 году вместе со своим партнером на 64-метровой антенне радиообсерватории Паркса в Австралии ; J0737−3039B не был идентифицирован как пульсар до второго наблюдения. Первоначально система наблюдалась международной группой во время высокоширотного многолучевого обзора, организованного с целью обнаружения большего количества пульсаров в ночном небе. [2]

Первоначально эта звездная система считалась обычным обнаружением пульсара. Первое обнаружение показало один пульсар с периодом 23 миллисекунды на орбите вокруг нейтронной звезды. Только после последующих наблюдений был обнаружен более слабый второй пульсар с импульсом 2,8 секунды от звезды-компаньона.

Физические характеристики

Орбитальный период J0737−3039 (2,4 часа) является одним из самых коротких известных для такого объекта (одна треть от периода двойной системы Тейлора–Халса ), что позволяет проводить самые точные тесты на сегодняшний день. В 2005 году было объявлено, что измерения показали превосходное согласие между общей теорией относительности и наблюдением. В частности, предсказания относительно потери энергии из-за гравитационных волн , по-видимому, соответствуют теории.

В результате потери энергии из-за гравитационных волн общая орбита (примерно 800 000 километров [500 000 миль] в диаметре) сжимается на 7 мм в день. Два компонента сольются примерно через 85 миллионов лет.

Из-за релятивистской прецессии спина импульсы от пульсара B больше не обнаруживаются по состоянию на март 2008 года, но ожидается, что они снова появятся в 2035 году из-за прецессии, которая снова станет видимой. [6]

Использовать в качестве проверки общей теории относительности

Кумулятивный сдвиг в периоде периастра

Наблюдения за 16 годами данных синхронизации были представлены в 2021 году, чтобы соответствовать общей теории относительности путем изучения потери орбитальной энергии из-за гравитационных волн . Орбитальный распад и ускорение орбитального периода были проверены на соответствие формуле квадруполя с большой точностью 0,013%, в основном из-за уникальных характеристик системы, которая имеет два пульсара, находится поблизости и имеет наклон, близкий к 90°. [7] [8] [9]

Уникальное происхождение

В дополнение к важности этой системы для проверки общей теории относительности, Пиран и Шавив показали, что молодой пульсар в этой системе должен был родиться без выброса массы, что подразумевает новый процесс формирования нейтронной звезды , который не включает сверхновую. [10] В то время как стандартная модель сверхновой предсказывает, что система будет иметь собственное движение более ста км/с, они предсказали, что эта система не будет демонстрировать никакого значительного собственного движения. Их предсказание было позже подтверждено хронометражем пульсара. [11]

Затмения

Еще одним открытием двойного пульсара является наблюдение затмения от соединения высшего и более слабого пульсара. Это происходит, когда магнитосфера одного пульсара в форме пончика , заполненная поглощающей плазмой , блокирует свет сопутствующего пульсара. Блокировка, длящаяся более 30 с, не является полной из-за ориентации плоскости вращения двойной системы относительно Земли и ограниченного размера магнитосферы более слабого пульсара ; часть света более сильного пульсара все еще может быть обнаружена во время затмения.

Другие бинарные системы

В дополнение к системе двойного пульсара, известен целый ряд различных двухчастичных систем , где только один член системы является пульсаром. Известные примеры — это вариации двойной звезды  :

Система пульсар– белый карлик ; например, PSR B1620−26 .
Система пульсар– нейтронная звезда , например, PSR B1913+16 .
Пульсар и обычная звезда ; например, PSR J0045−7319, система, состоящая из пульсара и звезды B главной последовательности .

Теоретически система пульсар-черная дыра возможна и могла бы представлять огромный научный интерес, но пока такая система не была идентифицирована. Недавно был обнаружен пульсар [12] совсем рядом со сверхмассивной черной дырой в ядре нашей галактики, но его движение пока официально не подтверждено как орбита захвата Sgr A*. Система пульсар-черная дыра могла бы стать еще более сильной проверкой общей теории относительности Эйнштейна из-за огромных гравитационных сил , оказываемых обоими небесными объектами.

Также большой научный интерес представляет PSR J0337+1715 , двойная система пульсар-белый карлик, в которой есть третий белый карлик на более далекой орбите, вращающийся вокруг двух других. Эта уникальная компоновка используется для исследования сильного принципа эквивалентности в физике, фундаментального предположения, на котором основана вся общая теория относительности .

Радиотелескоп Square Kilometre Array , строительство которого должно быть завершено в конце 2020-х годов, будет и далее наблюдать известные и обнаруживать новые двойные пульсарные системы с целью проверки общей теории относительности . [13]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Noutsos, A.; Desvignes, G.; Kramer, M.; Wex, N.; Freire, PCC; Stairs, IH; McLaughlin, MA; Manchester, RN; Possenti, A.; Burgay, M.; Lyne, AG; Breton, RP; Perera, BBP; Ferdman, RD (2020), "Понимание и улучшение синхронизации PSR J0737−3039B", Astronomy & Astrophysics , 643 : A143, arXiv : 2011.02357 , Bibcode : 2020A&A...643A.143N, doi : 10.1051/0004-6361/202038566, S2CID  224991311
  2. ^ abc atnf Первый двойной пульсар - Список команды. Получено 2010-07-07
  3. ^ ab База данных каталога пульсаров ATNF [1].
  4. ^ Burgay, M.; d'Amico, N.; et al. (4 декабря 2003 г.). «Увеличенная оценка скорости слияния двойных нейтронных звезд по наблюдениям высокорелятивистской системы». Nature . 426 (6966): 531–533. arXiv : astro-ph/0312071 . Bibcode :2003Natur.426..531B. doi :10.1038/nature02124. PMID  14654834. S2CID  4336133.
  5. ^ ab Silva, Hector O.; Holgado, A. Miguel; Cárdenas-Avendaño, Alejandro; Yunes, Nicolás (май 2021 г.). «Выводы из наблюдений нейтронных звезд с помощью многоканальных нейтронных датчиков в астрофизической и теоретической физике». Physical Review Letters . 126 (18): 181101. arXiv : 2004.01253 . Bibcode : 2021PhRvL.126r1101S. doi : 10.1103/PhysRevLett.126.181101. PMID  34018776. S2CID  214795272.
  6. ^ Перера, ББП; Маклафлин, МА; и др. (2010). «Эволюция PSR J0737−3039B и модель релятивистской прецессии спина». The Astrophysical Journal . 721 (2): 1193–1205. arXiv : 1008.1097 . Bibcode :2010ApJ...721.1193P. doi :10.1088/0004-637X/721/2/1193. S2CID  118854647.
  7. ^ Kramer, M.; Stairs, IH; et al. (13 декабря 2021 г.). «Тесты сильной гравитации с двойным пульсаром». Physical Review X. 11 ( 4): 041050. arXiv : 2112.06795 . Bibcode : 2021PhRvX..11d1050K. doi : 10.1103/physrevx.11.041050 . ISSN  2160-3308. S2CID  245124502.
  8. ^ Шао, Лицзин (13 декабря 2021 г.). «Общая теория относительности выдерживает проверку двойным пульсаром». Physics . 14 : 173. doi : 10.1103/Physics.14.173 . S2CID  247276989.
  9. ^ Деллер, Адам; Манчестер, Ричард (13 декабря 2021 г.). «Мы подсчитали 20 миллиардов тиков экстремальных галактических часов, чтобы подвергнуть теорию гравитации Эйнштейна самому сложному испытанию». The Conversation . Получено 16 декабря 2021 г.
  10. ^ Пиран, Т.; Шавив, Н. (2005). "Происхождение бинарного пульсара J0737−3039B". Physical Review Letters . 95 (5): 051102. arXiv : astro-ph/0409651 . Bibcode : 2005PhRvL..94e1102P. doi : 10.1103/PhysRevLett.94.051102. PMID  15783626. S2CID  42212345.
  11. ^ Крамер, М.; и др. (2006). «Проверки гравитации в сильном поле с двойным пульсаром». Annalen der Physik . 15 (1–2): 34–42. Bibcode : 2006AnP...518...34K. doi : 10.1002/andp.200510165. S2CID  55380143.
  12. ^ Магнетар / SGR / радиопульсар всего в 3” от Sgr A* "[2] Архивировано 2 февраля 2014 г. на Wayback Machine ".
  13. ^ Крамер, Майкл (14 октября 2008 г.). «Тесты сильного поля гравитации с использованием пульсаров и черных дыр». SKA Science . Триест, Италия: Sissa Medialab: 020. doi : 10.22323/1.052.0020 . Архивировано из оригинала 6 декабря 2010 г. Получено 6 июля 2010 г. – через Proceedings of Science.

Внешние ссылки