Binaarne pulsar
Kaksikpulsaar on pulsar, millel on kaksikpartner, sageli valge kääbus või neutrontäht. Vähemalt ühel juhul, topeltpulsaar PSR J0737-3039, on kaaslane samuti teine pulsaar.
Kaksikpulsaarid on üks väheseid objekte, mis võimaldab füüsikutel tugeva gravitatsioonivälja korral üldrelatiivsusteooriat testida. Ehkki pulsari kaksikpartnerit on tavaliselt raske või võimatu vaadelda, saab pulsari impulsside ajastust raadioteleskoopidega mõõta erakordse täpsusega. Kaksikpulsaaride ajastus on kaudselt kinnitanud gravitatsioonikiirguse olemasolu ja kinnitanud Einsteini üldist relatiivsusteooriat.
Relatiivsus
Kaks objekti ei tiirle absoluutselt ringikujulisi radu, vaid need on praktiliselt alati elliptilised. Nii et kaks korda ringjoonel on nad kõige lähemal ja kaks korda ringjoonel kõige kaugemal. See on ilmselge Maa ja Päikese puhul, kuid mõte kehtib palju laiemalt.
Kui kaks keha on lähestikku, on gravitatsiooniväli tugevam ja aja kulgemine aeglustub. Pulsaaride puhul pikeneb impulsside (või tiksude) vaheline aeg. Kui pulsari kell liigub aeglasemalt läbi nõrgema osa väljast, võidab ta aega tagasi. See on relativistlik ajaviive. See on erinevus selle vahel, mida võiks oodata, kui pulsar liiguks püsiva kauguse ja kiirusega ümber oma kaaslase, ja selle vahel, mida tegelikult täheldatakse.
Kaksikpulsaarid on üks väheseid vahendeid, mida teadlased saavad kasutada gravitatsioonilainete tuvastamiseks. Einsteini üldrelatiivsusteooria ennustab, et kaks neutrontähte kiirgavad gravitatsioonilaineid, kui nad tiirlevad ühise massikeskme ümber, mis kannavad orbitaalenergia ära ja põhjustavad kahe tähe lähenemise. Kui kaks tähte lähenevad teineteisele, neelab üks pulsar sageli teisest ainet, põhjustades vägivaldse akkretsiooniprotsessi. See vastastikmõju võib kuumutada kehade vahel vahetatavat gaasi ja tekitada röntgenvalgust, mis võib näida pulseerivat, mistõttu kaksikpulsaare nimetatakse aeg-ajalt ka röntgenkaksikuteks. Seda aine voolu ühelt tähtkehalt teisele nimetatakse akkretsioonikettaks. Millisekundilised pulsarid (või MSP-d) tekitavad omamoodi "tuule", mis binaarsete pulsarite puhul võib ära puhuda neutrontähtede magnetosfääri ja avaldada dramaatilist mõju impulsside emissioonile.
Ajalugu
Esimese kaksikpulsaari, PSR B1913+16 ehk Hulse-Taylor'i kaksikpulsaari avastasid 1974. aastal Arecibos Joseph Taylor ja Russell Hulse, mille eest nad 1993. aastal said Nobeli füüsikapreemia. Selle süsteemi impulssi on alates selle avastamisest jälgitud ilma tõrgeteta 15 μs täpsusega.
1993. aastal anti Nobeli preemia Joseph Taylorile ja Russell Hulse'ile pärast kahe sellise tähe avastamist. Kui Hulse jälgis uut pulsarit nimega PSR B1913+16, märkas ta, et selle pulseerimissagedus kõikus. Leiti, et lihtsaim seletus oli see, et pulsar tiirleb väga tihedalt ja suure kiirusega ümber teise tähe. Hulse ja Taylor tegid nende impulsside kõikumisi jälgides kindlaks, et tähed olid võrdselt rasked, mis viis neid uskuma, et teine kosmiline objekt oli samuti neutrontäht.
Selle tähesüsteemi orbiidi lagunemise kohta tehtud vaatlused vastasid peaaegu ideaalselt Einsteini võrranditele. Relatiivsusteooria ennustab, et aja jooksul muutub kaksiksüsteemi orbitaalenergia gravitatsioonikiirguseks. Taylori ja tema kolleegide kogutud andmed PRS B1913+16 orbitaalperioodi kohta toetasid seda relativistlikku ennustust. Nad teatasid 1983. aastal, et kahe pulsari täheldatud minimaalne eraldatus erineb sellest, mida oodatakse, kui orbitaalne eraldatus oleks jäänud konstantseks. Avastamisele järgnenud kümnendi jooksul oli süsteemi orbitaalperiood vähenenud umbes 76 miljondik-sekundi võrra aastas. See tähendab, et pulsar lähenes oma maksimaalsele eraldatusele rohkem kui sekundi võrra varem, kui see oleks toimunud, kui orbiit oleks jäänud samaks. Hilisemad vaatlused näitavad seda vähenemist jätkuvalt.
Kaksiktähtede süsteemi PSR B1913+16 periastroniperioodi kumulatiivne nihe sekundites, kui süsteem kaotab energiat gravitatsioonilaine kiirguse tõttu. Punased punktid on eksperimentaalsed andmed ja sinine joon on relatiivsusteooria poolt ennustatud nihe.
Küsimused ja vastused
K: Mis on binaarne pulss?
V: Binaarne pulsar on pulsar, millel on binaarne kaaslane, sageli valge kääbus või neutrontäht.
K: Mis on binaarse pulsari kaaslane?
V: Kaksikpulsaari kaaslane on sageli valge kääbus või neutrontäht, kuid vähemalt ühel juhul (kaksikpulsaar PSR J0737-3039) on kaaslane ka teine pulsaar.
K: Milline on kaksikpulsaaride tähtsus füüsikas?
V: Kaksikpulsaarid on füüsikas olulised, sest nad võimaldavad füüsikutel testida üldist relatiivsusteooriat tugeva gravitatsioonivälja korral.
K: Kas on võimalik jälgida binaarse pulsari kaaslase tähte?
V: Tavaliselt on pulsari kaaslase tähte raske või võimatu jälgida.
K: Kuidas saab mõõta binaarse pulsari impulsside ajastust?
V: Kaksikpulsaari impulsside ajastust saab raadioteleskoopidega mõõta erakordse täpsusega.
K: Mida on binaarse pulsari ajastus kaudselt kinnitanud?
V: Binaarpulsari ajastus on kaudselt kinnitanud gravitatsioonikiirguse olemasolu.
K: Millist teooriat on binaarpulsari ajastus kinnitanud?
V: Binaarpulsarite ajamõõtmine on kinnitanud Einsteini üldist relatiivsusteooriat.
