Pulsar binar
Un pulsar binar este un pulsar cu un companion binar, adesea o pitică albă sau o stea neutronică. În cel puțin un caz, cel al pulsarului dublu PSR J0737-3039, steaua însoțitoare este, de asemenea, un alt pulsar.
Pulsarii binari sunt unul dintre puținele obiecte care le permit fizicienilor să testeze relativitatea generală în cazul unui câmp gravitațional puternic. Deși companionul binar al pulsarului este, de obicei, dificil sau imposibil de observat, sincronizarea impulsurilor pulsarului poate fi măsurată cu o precizie extraordinară de către radiotelescoape. Cronometrarea pulsarilor binari a confirmat indirect existența radiației gravitaționale și a verificat teoria generală a relativității a lui Einstein.
Relativitate
Două obiecte care orbitează nu o fac pe traiectorii absolut circulare, ci aproape întotdeauna eliptice. Astfel, de două ori pe circuit sunt cele mai apropiate, iar de două ori pe circuit sunt cele mai îndepărtate. Acest lucru este evident în cazul Pământului și al Soarelui, dar ideea se aplică mult mai larg.
Atunci când cele două corpuri sunt apropiate, câmpul gravitațional este mai puternic, iar trecerea timpului este încetinită. În cazul pulsarilor, timpul dintre impulsuri (sau ticuri) este prelungit. Pe măsură ce ceasul pulsarului călătorește mai încet prin partea cea mai slabă a câmpului, acesta recuperează timpul. Aceasta este o întârziere relativistă a timpului. Este diferența dintre ceea ce ne-am aștepta să vedem dacă pulsarul s-ar deplasa la o distanță și viteză constante în jurul companionului său și ceea ce se observă în realitate.
Pulsarii binari sunt unul dintre puținele instrumente de care dispun oamenii de știință pentru a detecta dovezi ale undelor gravitaționale. Teoria relativității generale a lui Einstein prezice că două stele neutronice ar emite unde gravitaționale în timp ce orbitează în jurul unui centru de masă comun, care ar transporta energie orbitală și ar face ca cele două stele să se apropie una de cealaltă. Pe măsură ce cele două corpuri stelare se apropie unul de celălalt, deseori un pulsar va absorbi materie de la celălalt, provocând un proces violent de acreție. Această interacțiune poate încălzi gazul care este schimbat între corpuri și poate produce lumină cu raze X care poate părea că pulsează, ceea ce face ca pulsarii binari să fie numiți ocazional binari cu raze X. Acest flux de materie de la un corp stelar la altul este cunoscut sub numele de disc de acreție. Pulsarii de milisecunde (sau MSP) creează un fel de "vânt", care, în cazul pulsarilor binari, poate spulbera magnetosfera stelelor neutronice și poate avea un efect dramatic asupra emisiei de pulsuri.
Istoric
Primul pulsar binar, PSR B1913+16 sau "pulsarul binar Hulse-Taylor", a fost descoperit în 1974 la Arecibo de Joseph Taylor și Russell Hulse, pentru care au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1993. Pulsurile din acest sistem au fost urmărite, fără erori, cu o precizie de 15 μs de la descoperirea sa.
Premiul Nobel din 1993 a fost acordat lui Joseph Taylor și Russell Hulse după ce au descoperit două astfel de stele. În timp ce Hulse observa un nou pulsar, numit PSR B1913+16, a observat că frecvența cu care acesta pulsa fluctua. S-a ajuns la concluzia că cea mai simplă explicație era că pulsarul orbita o altă stea foarte aproape, cu o viteză mare. Hulse și Taylor au determinat că stelele erau la fel de grele prin observarea acestor fluctuații ale pulsului, ceea ce i-a determinat să creadă că celălalt obiect spațial era, de asemenea, o stea neutronică.
Observațiile făcute asupra dezintegrării orbitale a acestui sistem stelar se potrivesc aproape perfect cu ecuațiile lui Einstein. Relativitatea prezice că, în timp, energia orbitală a unui sistem binar va fi convertită în radiație gravitațională. Datele colectate de Taylor și colegii săi cu privire la perioada orbitală a PRS B1913+16 au susținut această predicție relativistă. Aceștia au raportat în 1983 că a existat o diferență în separarea minimă observată a celor doi pulsari în comparație cu cea așteptată dacă separarea orbitală ar fi rămas constantă. În deceniul care a urmat descoperirii sale, perioada orbitală a sistemului a scăzut cu aproximativ 76 de milionimi de secundă pe an. Acest lucru înseamnă că pulsarul se apropia de separarea maximă cu mai mult de o secundă mai devreme decât ar fi făcut-o dacă orbita ar fi rămas aceeași. Observațiile ulterioare continuă să arate această scădere.
Deplasarea cumulativă a perioadei periastronului în secunde, pentru sistemul binar PSR B1913+16, pe măsură ce sistemul pierde energie prin emisie de unde gravitaționale. Punctele roșii reprezintă datele experimentale, iar linia albastră reprezintă deplasarea prezisă de relativitate.
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este un pulsar binar?
R: Un pulsar binar este un pulsar cu un companion binar, adesea o pitică albă sau o stea neutronică.
Î: Care este steaua însoțitoare a unui pulsar binar?
R: Steaua însoțitoare a unui pulsar binar este adesea o pitică albă sau o stea neutronică, dar în cel puțin un caz (pulsarul dublu PSR J0737-3039), steaua însoțitoare este, de asemenea, un alt pulsar.
Î: Care este semnificația pulsarilor binari în fizică?
R: Pulsarii binari sunt importanți în fizică deoarece le permit fizicienilor să testeze relativitatea generală în cazul unui câmp gravitațional puternic.
Î: Este posibil să se observe steaua însoțitoare a unui pulsar binar?
R: De obicei, steaua însoțitoare a pulsarului este dificil sau imposibil de observat.
Î: Cum poate fi măsurată sincronizarea pulsurilor unui pulsar binar?
R: Sincronizarea pulsurilor unui pulsar binar poate fi măsurată cu o precizie extraordinară cu ajutorul radiotelescoapelor.
Î: Ce a confirmat indirect sincronizarea pulsarilor binari?
R: Cronometrarea pulsarilor binari a confirmat indirect existența radiației gravitaționale.
Î: Ce teorie a verificat cronometrarea pulsarilor binari?
R: Cronometrarea pulsarilor binari a verificat teoria generală a relativității a lui Einstein.
