Измерения пульсара подтвердили общую теорию относительности

После 14 лет наблюдения за мертвой звездой астрономы еще раз подтвердили общую теорию относительности Эйнштейна. PSR J1906 + 0746, пульсар на расстоянии 25 000 световых лет, слегка колеблется при вращении — эффект, который может привести к тому, что его импульсы исчезнут с нашего небосклона менее чем за десятилетие.

Это называется прецессия, явление, предсказываемое общей теорией относительности, которое когда-либо наблюдалась только у очень немногих пульсаров. Новые результаты могут помочь установить ограничение на число двойных пульсаров в галактике, что, в свою очередь, поможет нам определить ожидаемую частоту столкновений двойных нейтронных звезд.

Пульсары, пожалуй, самые полезные звезды на небе. Это быстро вращающиеся нейтронные звезды со струями ярких радиоволн, излучаемых из их магнитных полюсов. По мере вращения эти лучи могут проноситься мимо Земли в зависимости от ориентации звезды: все это немного похоже на маяк.

Они также невероятно точны, с вращениями, которые можно прогнозировать с точностью до миллисекунд. Эти так называемые миллисекундные пульсары могут сохранять такое точное время, что они могли бы направлять будущую космическую навигацию.

Но даже большинство пульсаров — те, которые не имеют такого уровня точности в миллисекунды — все еще полезны, особенно для проверки общей теории относительности. Это связано с тем, что согласно общей теории относительности пульсары в двойных системах должны иметь небольшое осевое колебание (подумайте о замедляющимся волчке). Это осевая прецессия.

Поскольку нейтронные звезды очень плотные — ожидается, что их гравитационная интенсивность искажает пространство-время.

Если ориентация вращения не совпадает с ориентацией двойной орбиты, это должно привести к вращению пульсара в осевую прецессию. Считается, что такое смещение вызвано асимметричным взрывом сверхновой.

Таким образом, поскольку пульсар колеблется на своей оси, мы должны быть в состоянии обнаружить изменения в его импульсном профиле.

Когда PSR J1906 + 0746 был обнаружен в 2004 году, он показал два разных закрученных или поляризованных излучения (луча) на вращение. Однако, когда команда астрономов во главе с Грегори Десвинем из Института радиоастрономии им. Макса Планка изучила архивные данные, собранные радиотелескопом Обсерватории Паркс, они обнаружили только один луч.

Чтобы выяснить, что происходило с предметом исследования, между 2005 и 2009 годами с использованием радиотелескопов Nançay и Arecibo, и между 2012 и 2018 годами с использованием Arecibo, команда провела мониторинг PSR J1906 + 0746.

Когда они начали наблюдать за звездой в 2005 году, они увидели оба луча на вращение, которые были обнаружены в 2004 году. Постепенно луч от северного полюса звезды стал слабее; к 2016 году он полностью исчез.

Ученые предсказали, что данные поляризации содержали информацию о прецессии пульсара. Они смоделировали эти данные, расширив их во времени на 50 лет, а затем сравнили их с данными наблюдений с пульсара.

Он соответствовал уровню неопределенности всего в пять процентов, идеально соответствуя прогнозам общей теории относительности, а также прогнозам о поляризационных свойствах пульсаров, опубликованным 50 лет назад Венкатраманом Радхакришнаном и Дэвидом Куком.

Ученые также поняли, что линия видимости Земли пересекла магнитный полюс пульсара в направлении с севера на юг, что означает, что они могут нанести на карту луч пульсара, что, в свою очередь, позволило им определить долю неба, освещаемого лучом.

Это помогает оценить число двойных нейтронных звезд в галактике, что может помочь определить, сколько из них должно сталкиваться, создавая гравитационные волны. Астрономы считают, что южный луч также исчезнет из поля зрения, где-то около 2028 года. Он должен появиться где-то между 2070 и 2090 годами, а северный луч — между 2085 и 2105 годами.

«Пульсары могут обеспечить тесты, которые нельзя сделать никаким другим способом», — сказал астроном Ингрид Лестир из Университета Британской Колумбии. «Это еще один прекрасный пример такого теста». Исследование было опубликовано в журнале Science.