Kaksikpulsaar on pulsar, millel on kaksikpartner, sageli valge kääbus või neutrontäht. Erandiks on topeltpulsaar PSR J0737-3039, kus kaaslane on samuti teine pulsar ja mõlemad komponendid on raadiolainetel otse jälgitavad.

Kaksikpulsaarid tekivad tavaliselt kahe massiivse tähe evolutsiooni käigus, kus mõlemad tähed läbivad supernoova plahvatuse järel neutronitähe faasi. Sõltuvalt lähteoludest võib paar koosneda neutronitäht–neutronitäht, neutronitäht–valge kääbus või harvemini neutronitäht–must auk konfiguratsioonist. Sellised süsteemid on astronoomias väga väärtuslikud, sest nad võimaldavad uurida nii tähejäätmete koostist ja evolutsiooni kui ka gravitatsiooni tugevaid väljendeid.

Vaatlus ja pulsari ajastus

Pulsari impulssid — väga regulaarsed raadiolainete välgud — võimaldavad ejaktsiooni ajastada erakordselt täpselt. Raadioteleskoopidega saab impulsside saabumise aegu määrata mikrosekundi või isegi nanosekunditasemel (sõltuvalt pulsari tüübist ja teleskoobist). Selline täpsus võimaldab mõõta väikseimaid muutusi pulsari orbitaalliikumises ja spinni-omadustes.

Mõned mõõdetavad ja olulised efektid kaksikpulsaarides:

  • Orbiidi periastroni ettepoole nihkumine (periastroni ehk lähtekoha liikumine), mis on relatiivne efekt.
  • Orbiidi kahanemine ehk perioodi vähenemine, mida põhjustab gravitatsioonikiirguse emissioon ja mida nähti esimesena PSR B1913+16-s (Hulse–Taylor pulsar).
  • Shapiro-viivitus, mis tekib siis, kui pulsari signaal läbib kaaslase gravitatsioonivälja ja hilineb vastavalt kaaslase massile ja orbiidi kaldele.
  • Gravitatsiooniline punanemine ja ajadilatatsioon ka periaastris ning geodeetiline eelsessioon (spin-orbitaalne koormus mõnel süsteemil).

Relatiivsusteooria testimine

Kaksikpulsaarid on üks väheseid taevakehi, mis võimaldab füüsikutel tugeva gravitatsioonivälja korral üldrelatiivsusteooriat testida. Pulsari ajastuse väga kõrge täpsus ja kahe keha selgelt määratletud orbitaalparameetrid võimaldavad mõõta mitut sõltumatut relatiivset parameetrit ja võrrelda neid Einsteini teooria ennustustega.

Olulised tulemused, mida kaksikpulsaarid on andnud:

  • Kaksikpulsaaride ajastus on kaudselt kinnitanud gravitatsioonikiirguse olemasolu läbi orbiidi kahanemise mõõtmise (näide: Hulse–Taylor pulsar PSR B1913+16).
  • Topeltpulsaar PSR J0737-3039 võimaldas mitmete relatiivsuse efektide samaaegset täpset mõõtmist, kuna mõlema komponendi impulsside signaalid on kättesaadavad.
  • Mõõtmised annavad piiranguid alternatiivsetele gravitatsiooniteooriatele (nt dipoolkiirguse olemasolu puudumine teatud mastaapidel) ning võimaldavad määrata tähti moodustavate objektide masse väga täpselt.

Tähtsus astrofüüsikas

Kaksikpulsaarid on tähtsad mitmel põhjusel:

  • Need annavad unikaalse labori tugeva gravitatsioonikorra uurimiseks ja seeläbi fundamentaalsete füüsikateooriate testimiseks.
  • Neutronitähtede masside ja raadiuste täpsed mõõtmised aitavad piirata tuumamaterjali olekut (üks oluline sisend neutrontähe sisemise struktuuri ja olekuvõrrandite uurimisel).
  • Sellised paarid on LIGO/Virgo tüüpi gravitatsioonilainetega detektoritele tähtsad allikad — kahe neutronitähe ühendumine tekitab tugeva gravitatsioonilise signaali ja sageli ka elektromagnetilise järelheti (nt gammakiired ja kilonova nähtus).
  • Paaride arvu ja ühendumistiheduse hinnangud kaksikpulsarite põhjal aitavad prognoosida, kui sageli selliseid liitumisi detekteeritakse maa- pealsete gravitatsioonidetektoritega.

Kokkuvõte

Kaksikpulsaarid on võimsad tööriistad nii astronoomias kui ka fundamentaalfüüsikas: nende täpne ajastus võimaldab testida üldist relatiivsusteooriat tugevas gravitatsiooniväljas, kinnitada gravitatsioonikiirguse mõju orbiidilt kaotatava energia kaudu ning pakkuda väärtuslikke andmeid neutronitähtede ja paaride evolutsiooni kohta. Kuigi pulsari kaksikpartnerit on sageli raske või võimatu otse vaadelda, annavad impulsside ajastus- ja orbiidmõõtmised rikkaliku informatsiooni nende süsteemide füüsika kohta ning nende tähtsus kasvab koos gravitatsioonilainete astronoomia arenguga.

Originaalnäited ja tähtsamad vaatlusleidud on osutunud korduvalt kooskõlaliseks Einsteini teooria ennustustega, muutes kaksikpulsaarid oluliseks klassiks teaduslikuks uurimistööks.