Кіріспе

Бір-бірінің айналасында айналып жүрген екі пульсар

Екілік пульсар – бір серігі бар пульсар, көбінесе ақ ергежұлдыз немесе нейтронды жұлдыз. (Кейбір жағдайларда, мысалы, PSR J0737-3039 қос пульсарында, серігі де нейтронды жұлдыз болып табылады.) Екілік пульсарлар физиктерге жалпы салыстырмалылық теориясын тексеруге мүмкіндік беретін сирек нысандардың бірі, себебі олардың маңындағы гравитациялық өріс өте күшті. Пульсардың серігін тікелей байқау қиын немесе мүмкін болмаса да, оның бар екенін пульсардан келетін импульстардың уақыты бойынша анықтауға болады, оларды радиотелескоптар арқылы жоғары дәлдікпен өлшеуге болады.

Тарих

PSR B1913+16 (немесе "Хулс-Тейлордың екілік пульсары") алғаш рет 1974 жылы Аресибо обсерваториясында Джозеф Хутон Тейлор және Рассел Хулз бақылаулары нәтижесінде табылды, осы еңбегі үшін олар 1993 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығына ие болды. Хулз жаңадан ашылған PSR B1913+16 пульсарын зерттеу кезінде, оның импульстарының жиілігінің үнемі өзгеретінін байқады. Бұл пульсардың басқа жұлдыздың айналасын өте жоғары жылдамдықпен жуық орбитада айналып жүргендігі және импульс периодының Допплер эффектісіне байланысты өзгеретіндігі туралы тұжырым жасалды: пульсар Жерге қарай қозғалғанда импульстар жиірек тіркеледі; ал керісінше, Жерден алыстағанда белгілі бір уақыт ішінде импульстардың саны азаяды. Импульстарды сағаттың соққысы ретінде қарастыруға болады; соққылардың өзгеруі пульсардың Жерге қарай және одан алыстау жылдамдығының өзгеруін көрсетеді. Хулз бен Тейлор осы импульстардың ауытқуларын бақылап, жұлдыздардың шамамен бірдей массаға ие екенін анықтады, бұл оларды екінші объектінің де нейтронды жұлдыз болуы мүмкін деген ойға жетеледі. Бұл жүйеден келетін импульстар қазір 15 мкс дейін дәлдікпен тіркеледі. (Ескерту: Cen X 3 – 1971 жылы ашылған алғашқы "екілік пульсар", одан кейін 1972 жылы Her X 1 табылды.) PSR B1913+16 екілік пульсарын зерттеу нейтронды жұлдыздардың массасын релятивистік уақыт эффектілерін пайдалана отырып, алғаш рет дәл анықтауға мүмкіндік берді. Екі дене бір-біріне жақын келгенде гравитациялық өріс күшейеді, уақыт баяулайды және импульстар арасындағы уақыт ұзарады. Осы кезде пульсардың сағаты өрістің ең әлсіз бөлігі арқылы өте баяу жылдамдықпен қозғалып, уақытты қайта қалпына келтіреді. Арнайы релятивистік эффект – уақыттың созылуы орбита бойында ұқсас әрекет етеді. Бұл релятивистік уақыт кешігуі – пульсар серігімен дөңгелек орбитада тұрақты қашықтықта және жылдамдықпен қозғалғанда байқалатын нәрсе мен нақты байқалған нәрсе арасындағы айырмашылықты көрсетеді. 2015 жылы гравитациялық толқындарды алғаш рет тіркеуге және Advanced LIGO құрылымын іске қосуға дейін екілік пульсарлар ғалымдардың гравитациялық толқындардың болуын анықтауға қолданатын жалғыз құралы болды. Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясы екі нейтронды жұлдыздың ортақ масса орталығының айналасында айналу кезінде гравитациялық толқындарды шығаратынын, бұл орбиталық энергияны алып кететінін және екі жұлдыздың бір-біріне жақындауына және олардың орбиталық периодын қысқартуына әкелетінін болжайды. Екілік пульсардың уақытын толық сипаттау үшін пульсардың уақыты, Кеплер орбиталары және үш Кеплерден кейінгі түзетулер (периастрдың алға жылжу жылдамдығы, гравитациялық қызыл ығысу және уақыттың созылуы факторы, гравитациялық сәулеленуден орбиталық периодтың өзгеру жылдамдығы) туралы ақпаратты қамтитын 10 параметрлік модель жеткілікті. PSR B1913+16 жүйесінің орбиталық ыдырауының өлшемдері Эйнштейннің теңдеулерімен өте жақсы сәйкес келеді. Салыстырмалылық теориясы уақыт өте келе екілік жүйенің орбиталық энергиясы гравитациялық сәулеленуге айналатынын болжайды. Тейлор және Джоэл М. Вайсберг және олардың әріптестері PSR B1913+16 жүйесінің орбиталық периодын жинаған деректері осы релятивистік болжамды растады; олар 1982 жылы екі пульсардың байқалған ең аз арақашықтығының орбиталық арақашықтық тұрақты болған жағдайда күтілген арақашықтықтан өзгеше екенін хабарлады. Оның ашылғаннан кейінгі он жылдықта жүйенің орбиталық периоды жылына шамамен секундының 76 миллионнан бір бөлігіне төмендеді, бұл пульсар орбитасы бірдей болған жағдайда күтілгеннен бір секунд бұрын ең үлкен арақашықтыққа жақындағанын көрсетеді. Кейінгі бақылаулар осы төмендеуді жалғастыруда.

Әсерлер

Кейде екілік пульсардың салыстырмалы түрде қалыпты серігі пульсарға сыртқы қабаттарын төгіп тастайтын деңгейге дейін кеңейеді. Бұл өзара әрекеттесу денелер арасындағы газды қыздырып, рентген сәулесін тудырады, бұл рентген екілігінің кезеңі деп аталатын процесте пульсацияланған сияқты көрінеді. Бір жұлдыздық денеден екінші жұлдыздық денеге материя ағыны көбінесе қабылдаушы жұлдыздың айналасында аккрециялық дискінің пайда болуына алып келеді. Пульсарлар сондай-ақ релятивистік жылдамдықпен ағылып шығатын бөлшектердің "желін" жасайды, бұл екілік пульсарлар жағдайында олардың серіктерінің магнитосферасын жойып, импульстік сәулеленуге күшті әсер етеді.