Пульсари запропонували використовувати як детектори гравітаційних хвиль

Астрономи дійшли висновку, що пульсари можна використовувати для реєстрації гравітаційних хвиль, оскільки таке обурення має призвести до тимчасової зміни швидкості обертання тіла. Більш того, знаючи відносні положення джерела хвилі і пульсара можна отримати інформацію про вже зареєстровані на Землі в минулому хвилях, пишуть автори в препринті на arXiv.org.

Пульсари - це нейтронні зірки, причому їх орієнтація така, що вихідні з їх магнітних полюсів вузькі конуси випромінювання потрапляють на Землю, але через обертання джерела спостерігаються у вигляді строго періодичних сплесків. За масою нейтронні зірки приблизно відповідають Сонцю, але їх розмір становить всього близько 10 кілометрів, через що їх обертання виявляється дуже стабільним. Іншими словами, пульсари можна використовувати як своєрідні «годинники», стабільний хід яких змінюється лише під впливом конкретних факторів.

Пульсари розрізняються за ступенем стабільності періоду: як правило, сучасний атомний годинник точніше пульсарів, але деякі мілісекундні пульсари, такі як J0437-4715, володіють точністю 10 ^{− 17} секунд, що знаходиться на рівні найкращих сучасних атомних годин. На більш високих частотах період пульсарів відчуває хаотичні коливання.

Відомо, що період пульсарів може змінюватися. Зокрема, спостерігаються глитчі - різкі прискорення обертання приблизно на мільйонну частку. Після такого стрибка період поступово повертається до вихідного або близького до нього значення на масштабі від декількох днів до декількох років. Вважається, що глитчі пов'язані з внутрішніми процесами нейтронної зірки, такими як розтріскування кори, а не з зовнішніми силами.

Індійські астрофізики під керівництвом Аджита Шрівастави (Ajit Srivastava) з Інституту фізики в Бхубанешварі запропонували розглянути в якості подібного зовнішнього впливу гравітаційні хвилі - коливання метрики простору-часу, що народжуються при злитті масивних тіл, таких як чорні діри і нейтронні зірки. Автори дійшли висновку, що ці обурення можуть чинити помітний вплив на швидкість обертання пульсарів.

Запропонований механізм впливу пов'язує проходження гравітаційної хвилі з деформацією тіла і відповідною зміною його моменту інерції - заходи інертності при обертальному русі, аналогічній масі при поступальному. У результаті швидкість обертання повинна змінитися приблизно на 10 ⁻ 16 частку - це на рівні граничної точності сучасних телескопів.

Додатковими сприятливими обставинами може виявитися відносна близькість пульсара до джерела хвилі (тоді обурення метрики біля нього буде набагато сильніше, ніж у Землі), а також можливий збіг її частоти з резонансом внутрішніх коливань нейтронної зірки. Вчені пишуть, що в такому випадку можна очікувати одночасно як посилення ефекту на порядки, так і збільшення тривалості. Так, гравітаційний сплеск тривалістю всього кілька мілісекунд може призвести до зміни частоти обертання пульсара на десять хвилин - такий ефект буде легше зареєструвати.

Також завдяки пульсарам можуть виявитися можливим вивчення гравітаційних хвиль, які вже пройшли крізь Землю. Автори наводять список потенційних близьких джерел гравітаційних хвиль - наднових - і пульсарів, на яких протягом найближчих 50 років має позначитися цей вплив. Наприклад, хвиля від наднової SN1987A повинна вплинути на пульсари J0709-5923 і B0559-57, відповідні зміни будуть спостерігатися на Землі в 2023 і 2024 роках.

Раніше вчені знайшли наймасивнішу нейтронну зірку, вперше зафіксували злиття нейтронної зірки і чорної діри, а також довели причетність злиття нейтронних зірок до коротких гамма-сплесків.