Kettős pulzár
A bináris pulzár olyan pulzár, amelynek van egy kettős kísérője, gyakran egy fehér törpe vagy neutroncsillag. Legalább egy esetben, a PSR J0737-3039 kettős pulzár esetében a kísérőcsillag is egy másik pulzár.
A kettős pulzárok azon kevés objektumok közé tartoznak, amelyek lehetővé teszik a fizikusok számára az általános relativitáselmélet tesztelését erős gravitációs mező esetén. Bár a pulzár kettős kísérőjét általában nehéz vagy lehetetlen megfigyelni, a pulzárból származó impulzusok időzítése rádióteleszkópokkal rendkívüli pontossággal mérhető. A kettős pulzárok időmérése közvetve igazolta a gravitációs sugárzás létezését és igazolta Einstein általános relativitáselméletét.
Relativity
Két objektum keringése nem teljesen kör alakú pályán történik, hanem gyakorlatilag mindig ellipszis alakú. Tehát egy körön kétszer vannak a legközelebb, és kétszer a legtávolabb. Ez nyilvánvaló a Föld és a Nap esetében, de az elképzelés sokkal szélesebb körben alkalmazható.
Ha a két test közel van egymáshoz, a gravitációs mező erősebb, és az idő múlása lelassul. A pulzárok esetében az impulzusok (vagy tikkek) közötti idő meghosszabbodik. Ahogy a pulzáróra lassabban halad át a mező leggyengébb részén, úgy nyeri vissza az időt. Ez egy relativisztikus időkésés. Ez a különbség aközött, amit akkor várnánk, ha a pulzár állandó távolságban és sebességgel mozogna a kísérője körül, és aközött, amit ténylegesen megfigyelünk.
A kettős pulzárok egyike azon kevés eszközöknek, amelyekkel a tudósok a gravitációs hullámok kimutatására alkalmasak. Einstein általános relativitáselmélete azt jósolja, hogy két neutroncsillag gravitációs hullámokat bocsát ki, amikor közös tömegközéppontjuk körül keringenek, ami elviszi a keringési energiát, és a két csillagot közelebb hozza egymáshoz. Ahogy a két égitest közelebb kerül egymáshoz, gyakran az egyik pulzár anyagot szív el a másikból, ami heves akkréciós folyamatot okoz. Ez a kölcsönhatás felmelegítheti az égitestek között kicserélődő gázt, és röntgenfényt hozhat létre, amely pulzálónak tűnhet, ami miatt a kettős pulzárokat időnként röntgenkettősöknek nevezik. Az anyagnak az egyik égitestből a másikba történő áramlását akkréciós korongnak nevezzük. A milliszekundumos pulzárok (vagy MSP-k) egyfajta "szelet" hoznak létre, amely a kettős pulzárok esetében elfújhatja a neutroncsillagok magnetoszféráját, és drámai hatással lehet a pulzuskibocsátásra.
Történelem
Az első kettős pulzárt, a PSR B1913+16-ot vagy "Hulse-Taylor kettős pulzárt" 1974-ben fedezte fel az Arecibón Joseph Taylor és Russell Hulse, amiért 1993-ban fizikai Nobel-díjat kaptak. A rendszerből származó impulzusokat a felfedezés óta 15 μs pontossággal, hiba nélkül követik.
Az 1993-as Nobel-díjat Joseph Taylor és Russell Hulse kapta, miután felfedeztek két ilyen csillagot. Miközben Hulse egy új, PSR B1913+16 nevű pulzárt figyelt meg, észrevette, hogy a pulzálás frekvenciája ingadozik. Arra a következtetésre jutottak, hogy a legegyszerűbb magyarázat az, hogy a pulzár egy másik csillag körül kering nagyon szoros, nagy sebességgel. Hulse és Taylor e pulzációs ingadozások megfigyeléséből megállapította, hogy a csillagok egyformán nehezek, ami arra engedte őket következtetni, hogy a másik térbeli objektum szintén neutroncsillag.
A csillagrendszer keringési pályájának bomlására vonatkozó megfigyelések szinte tökéletesen megfeleltek Einstein egyenleteinek. A relativitáselmélet azt jósolja, hogy egy kettős csillagrendszer keringési energiája idővel gravitációs sugárzássá alakul át. A Taylor és munkatársai által a PRS B1913+16 keringési idejéről gyűjtött adatok alátámasztották ezt a relativisztikus előrejelzést. Ők 1983-ban arról számoltak be, hogy a két pulzár megfigyelt minimális távolsága különbözik attól, amit akkor vártak volna, ha a keringési távolság állandó maradt volna. A felfedezést követő évtizedben a rendszer keringési ideje évente mintegy 76 milliomod másodperccel csökkent. Ez azt jelenti, hogy a pulzár több mint egy másodperccel korábban közelítette meg a maximális távolságot, mintha a pálya változatlan maradt volna. A későbbi megfigyelések továbbra is ezt a csökkenést mutatják.
A PSR B1913+16 kettős csillagrendszer periastron-periódusának kumulatív eltolódása másodpercekben, ahogy a rendszer gravitációs hullámok kibocsátásával energiát veszít. A piros pontok a kísérleti adatok, a kék vonal pedig a relativitáselmélet által megjósolt eltolódás.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a bináris pulzár?
V: A bináris pulzár olyan pulzár, amelynek van egy kettős kísérője, gyakran egy fehér törpe vagy neutroncsillag.
K: Mi a kísérőcsillaga egy bináris pulzárnak?
V: A kettős pulzár kísérőcsillaga gyakran fehér törpe vagy neutroncsillag, de legalább egy esetben (a kettős pulzár PSR J0737-3039) a kísérőcsillag egy másik pulzár is.
K: Mi a jelentősége a kettős pulzároknak a fizikában?
V: A kettős pulzárok azért jelentősek a fizikában, mert lehetővé teszik a fizikusok számára az általános relativitáselmélet tesztelését erős gravitációs mező esetén.
K: Megfigyelhető-e egy kettős pulzár kísérőcsillaga?
V: Általában a pulzár kísérőcsillagát nehéz vagy lehetetlen megfigyelni.
K: Hogyan lehet mérni egy kettős pulzár impulzusainak időzítését?
V: A kettős pulzárok impulzusainak időzítése rádióteleszkópokkal rendkívüli pontossággal mérhető.
K: Mit igazolt közvetve a bináris pulzárok időzítése?
V: A bináris pulzárok időzítése közvetve megerősítette a gravitációs sugárzás létezését.
K: Milyen elméletet igazolt a bináris pulzárok időmérése?
V: A bináris pulzárok időmérése igazolta Einstein általános relativitáselméletét.
