Бинарная система Халса – Тейлора - Hulse–Taylor binary

Дальнейшая информация: Бинарный пульсар и Тесты общей теории относительности
PSR B1913 + 16
Данные наблюдений
Эпоха B1950.0       Равноденствие B1950.0
СозвездиеAquila[1]
Прямое восхождение19час 13м 12.4655s
Склонение16° 01′ 08.189″
Астрометрия
Расстояние21,000 лы
(6400 ПК )
подробности[2]
Масса1.441 M☉
Вращение59.02999792988 мс
Прочие обозначения
PSR  B 1913+16,[3] PSRJ 1915+1606,[3] Халс-Тейлор двойной пульсар,[4] Халс-Тейлор система,[5] Халс-Тейлор двоичный, Халс-Тейлор пульсар,[6] Hulse –Тейлор PSR[3]
Ссылки на базы данных
SIMBADданные
Орбитальный распад PSR B1913 + 16.[7] Точки данных указывают на наблюдаемое изменение в эпоху периастр с датой, в то время как парабола иллюстрирует теоретически ожидаемое изменение эпохи согласно общая теория относительности.

PSR B1913 + 16 (также известен как PSR J1915 + 1606, ПСР 1913 + 16, а Бинарная система Халса – Тейлора после его первооткрывателей) является пульсар (излучающий нейтронная звезда ), которые вместе с другой нейтронной звездой вращаются вокруг общей центр массы, образуя двойная звездная система. PSR 1913 + 16 был первым обнаруженным двойным пульсаром. Это было обнаружено Рассел Алан Халс и Джозеф Хутон Тейлор-младший, из Массачусетский университет в Амхерсте в 1974 году. Их открытие системы и ее анализ принесли им 1993 год. Нобелевская премия по физике «за открытие нового типа пульсара, открытие, открывшее новые возможности для изучения гравитации».[8]

Открытие

С использованием Аресибо 305-метровая тарелка, Халс и Тейлор обнаружили импульсный радио излучения и таким образом идентифицировали источник как пульсар, быстро вращающийся, сильно намагниченный нейтронная звезда. Нейтронная звезда вращается вокруг своей оси 17 раз в секунду; таким образом, период импульса составляет 59 миллисекунды.

После временного измерения радиоимпульсов в течение некоторого времени Халс и Тейлор заметили, что время прихода импульсов систематически изменялось. Иногда импульсы принимались немного раньше, чем ожидалось; иногда позже, чем ожидалось. Эти вариации менялись плавно и повторялись, с период 7,75 часов. Они поняли, что такое поведение предсказывается, если пульсар находится в двойная орбита с другой звездой, позже подтвержденной как еще одна нейтронная звезда.[9] Импульсы от нейтронной звезды-компаньона не были обнаружены, но это могло быть только результатом неблагоприятного угла обзора.

Импульсы пульсара приходят на 3 секунды раньше, в некоторые моменты времени относительно других, показывая, что диаметр его орбиты составляет 3 световых секунды, что составляет примерно две трети диаметра Солнца. Поскольку это двойная система, можно определить массы двух нейтронных звезд, каждая из которых примерно в 1,4 раза больше массы Солнца. Наблюдения показали, что орбита пульсара постепенно сужается, что обычно считается свидетельством излучения энергии в виде гравитационные волны, как описано Эйнштейн Теория общая теория относительности, заставляя пульсар достигать периастр немного рано. Кроме того, периастр продвигается по долготе на 4 ° в год из-за гравитационного поля (таким образом, периастр пульсара перемещается за день так же далеко, как Меркурий перемещается за 1,5 миллиона лет).

Звездная система

Пульсар и его спутник нейтронной звезды следуют за эллиптические орбиты вокруг их общего центра масс. Период орбитального движения составляет 7,75 часа, и две нейтронные звезды считаются почти равными по массе, около 1,4 солнечные массы. Радиоизлучение было обнаружено только у одной из двух нейтронных звезд.

Минимальное расстояние при периастр составляет около 1,1 солнечные радиусы; максимальное разделение при апастрон составляет 4.8 солнечных радиуса. Орбита наклонена примерно на 45 градусов по отношению к плоскости неба. Ориентация периастра меняется примерно на 4,2 градуса в год в направлении орбитального движения (релятивистская прецессия периастра). В январе 1975 года его сориентировали так, чтобы периастр находился перпендикулярно лучу зрения с Земли.[2][10]

Использовать как тест общей теории относительности

Орбита распалась, так как двойная система была первоначально обнаружена, в точном соответствии с потерей энергии из-за гравитационные волны описанный Альберт Эйнштейн с общая теория относительности.[2][10][11][12] Отношение наблюдаемой к прогнозируемой скорости орбитальный распад рассчитывается как 0,997 ± 0,002.[12] Полная мощность гравитационных волн, излучаемых этой системой в настоящее время, по расчетам составляет 7,35 × 1024 Вт. Для сравнения, это 1,9% мощности, излучаемой Солнцем в свете. В Солнечная система излучает всего около 5000 ватт в гравитационных волнах из-за гораздо больших расстояний и времени обращения по орбите, особенно между Солнцем и Юпитером, а также из-за относительно небольшой массы планет.

При таких сравнительно больших потерях энергии из-за гравитационного излучения скорость уменьшения орбитального периода составляет 76,5 микросекунды в год, скорость уменьшения большой полуоси составляет 3,5 метра в год, а расчетный срок службы до окончательного вдохновляющий составляет 300 миллионов лет.[2][12]

В 2004 году Тейлор и Джоэл М. Вайсберг опубликовали новый анализ экспериментальных данных на сегодняшний день, сделав вывод о том, что расхождение на 0,2% между данными и предсказанными результатами связано с плохо известными галактическими константами, включая расстояние от Солнца до центра галактики. собственное движение пульсара и его расстояние от Земли. Несмотря на то, что предпринимаются усилия по более точному измерению первых двух величин, они не видели «больших перспектив для значительного улучшения знаний о расстоянии до пульсаров», поэтому более точные границы получить трудно. Тейлор и Вайсберг также нанесли на карту двумерную структуру луча пульсара, используя тот факт, что прецессия системы приводит к изменению формы импульсов. Они обнаружили, что форма балки вытянута в продольном направлении и сужена в продольном направлении около центра, что приводит к общей форме, подобной восьмерке.[7]

В 2016 году Вайсберг и Хуанг опубликовали дополнительные результаты, все еще с расхождением в 0,16%, обнаружив, что отношение наблюдаемого значения к прогнозируемому составило 0,9983 ± 0,0016.[13] Они называют основной причиной этого улучшения, расхождения с 1.8σ до 1σ, улучшение галактических констант, опубликованных в 2014 году.

Характеристики

  • Масса спутника: 1,387M☉
  • Полная масса системы: 2,828378 (7)M☉
  • Орбитальный период: 7,751938773864 ч.
  • Эксцентриситет: 0,6171334
  • Большая полуось: 1 950 100 км
  • Разделение периастра: 746,600 км
  • Разделение апастронов: 3 153 600 км.
  • Орбитальная скорость звезд в периастре (относительно центра масс): 450 км / с
  • Орбитальная скорость звезд на апастре (относительно центра масс): 110 км / с

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ НЕБО-КАРТА wikisky.org на 19:15:28 / +16: 06: 27 (позиция J2000)
  2. ^ а б c d Weisberg, J.M .; Taylor, J. H .; Фаулер, Л. А. (октябрь 1981 г.). «Гравитационные волны от вращающегося пульсара». Scientific American. 245 (4): 74–82. Bibcode:1981SciAm.245d..74W. Дои:10.1038 / scientificamerican1081-74.
  3. ^ а б c "PSR J1915 + 1606". SIMBAD. Центр астрономических исследований Страсбурга.
  4. ^ Ашвин Рамасвами. "Пульсары". Энциклопедия науки. Enscience. Архивировано из оригинал на 2016-03-08.
  5. ^ Кристофер Ванек (30 мая 2005 г.). «Звезды, движущиеся по орбите, наводняют космос экзотическими гравитационными волнами». НАСА.
  6. ^ "Пульсар Халса-Тейлора (PSR 1913 + 16)". Энциклопедия науки. Миры Дэвида Дарлинга.
  7. ^ а б Weisberg, J.M .; Тейлор, Дж. (Июль 2005 г.). "Релятивистский двойной пульсар B1913 + 16: тридцать лет наблюдений и анализа". Написано в Аспен, Колорадо, Соединенные Штаты. В F.A. Rasio; I.H. Лестница (ред.). Бинарные радиопульсары. Серия конференций ASP. 328. Сан-Франциско: Астрономическое общество Тихого океана. п. 25. arXiv:astro-ph / 0407149. Bibcode:2005ASPC..328 ... 25 Вт.
  8. ^ «Нобелевская премия по физике 1993 г.». Нобелевский фонд. Получено 2018-10-27. за открытие нового типа пульсара, открытие, открывшее новые возможности для изучения гравитации
  9. ^ Weisberg, J.M .; Ницца, Д. Дж .; Тейлор, Дж. Х. (20 октября 2010 г.). "Временные измерения релятивистского двойного пульсара PSR B1913 + 16". Астрофизический журнал. 722 (2): 1030–1034. arXiv:1011.0718. Bibcode:2010ApJ ... 722.1030 Вт. Дои:10.1088 / 0004-637X / 722/2/1030. S2CID  118573183.
  10. ^ а б Taylor, J. H .; Вайсберг, Дж. М. (1982). «Новый тест общей теории относительности - Гравитационное излучение и двойной пульсар PSR 1913 + 16». Астрофизический журнал. 253: 908–920. Bibcode:1982ApJ ... 253..908T. Дои:10.1086/159690.
  11. ^ Taylor, J. H .; Вайсберг, Дж. М. (1989). «Дальнейшие экспериментальные испытания релятивистской гравитации с использованием двойного пульсара PSR 1913 + 16». Астрофизический журнал. 345: 434–450. Bibcode:1989ApJ ... 345..434T. Дои:10.1086/167917.
  12. ^ а б c Weisberg, J.M .; Ницца, Д. Дж .; Тейлор, Дж. Х. (2010). "Временные измерения релятивистского двойного пульсара PSR B1913 + 16". Астрофизический журнал. 722 (2): 1030–1034. arXiv:1011.0718. Bibcode:2010ApJ ... 722.1030 Вт. Дои:10.1088 / 0004-637X / 722/2/1030. S2CID  118573183.
  13. ^ Weisberg, J.M .; Хуан Ю. (21 сентября 2016 г.). «Релятивистские измерения по хронометражу двойного пульсара PSR B1913 + 16». Астрофизический журнал. 829 (1): 55. arXiv:1606.02744. Bibcode:2016ApJ ... 829 ... 55 Вт. Дои:10.3847 / 0004-637X / 829/1/55. S2CID  119283147.