Вимірювання пульсара підтвердили загальну теорію відносності

Після 14 років спостереження за мертвою зіркою астрономи ще раз підтвердили загальну теорію відносності Ейнштейна. PSR J1906 + 0746, пульсар на відстані 25 000 світлових років, злегка коливається при обертанні - ефект, який може призвести до того, що його імпульси зникнуть з нашого небосхилу менш ніж за десятиліття.

Це називається прецесія, явище, передбачуване загальною теорією відносності, яке коли-небудь спостерігалася тільки у дуже небагатьох пульсарів. Нові результати можуть допомогти встановити обмеження на число подвійних пульсарів в галактиці, що, в свою чергу, допоможе нам визначити очікувану частоту зіткнень подвійних нейтронних зірок.

Пульсари, мабуть, найкорисніші зірки на небі. Це нейтронні зірки, які швидко обертаються з струменями яскравих радіохвиль, що випромінюються з їхніх магнітних полюсів. У міру обертання ці промені можуть проноситися повз Землю залежно від орієнтації зірки: все це трохи схоже на маяк.

Вони також неймовірно точні, з обертаннями, які можна прогнозувати з точністю до мілісекунд. Ці так звані мілісекундні пульсари можуть зберігати такий точний час, що вони могли б направляти майбутню космічну навігацію.

Але навіть більшість пульсарів - ті, які не мають такого рівня точності в мілісекунди - все ще корисні, особливо для перевірки загальної теорії відносності. Це пов'язано з тим, що згідно загальної теорії відносності пульсари в подвійних системах повинні мати невелике осьове коливання (подумайте про уповільнюваних вовчок). Це осьова прецесія.

Оскільки нейтронні зірки дуже щільні - очікується, що їх гравітаційна інтенсивність спотворює простір-час.

Якщо орієнтація обертання не збігається з орієнтацією подвійної орбіти, це повинно привести до обертання пульсара в осьову прецесію. Вважається, що таке зміщення викликано асиметричним вибухом наднової.

Таким чином, оскільки пульсар коливається на своїй осі, ми повинні бути в змозі виявити зміни в його імпульсному профілі.

Коли PSR J1906 + 0746 виявили 2004 року, він показав два різні закручені або поляризовані випромінювання (промені) на обертання. Однак, коли команда астрономів на чолі з Грегорі Десвінем з Інституту радіоастрономії ім. Макса Планка вивчила архівні дані, зібрані радіотелескопом Обсерваторії Паркс, вони виявили тільки один промінь.

Щоб з'ясувати, що відбувалося з предметом дослідження, між 2005 і 2009 роками з використанням радіотелескопів Nan^ ay і Arecibo, і між 2012 і 2018 роками з використанням Arecibo, команда провела моніторинг PSR J1906 + 0746.

Коли вони почали спостерігати за зіркою в 2005 році, вони побачили обидва промені на обертання, які були виявлені в 2004 році. Поступово промінь від північного полюса зірки став слабшим; до 2016 року він повністю зник.

Вчені передбачили, що дані поляризації містили інформацію про прецесію пульсара. Вони змоделювали ці дані, розширивши їх у часі на 50 років, а потім порівняли їх з даними спостережень з пульсара.

Він відповідав рівню невизначеності всього в п'ять відсотків, ідеально відповідаючи прогнозам загальної теорії відносності, а також прогнозам про поляризаційні властивості пульсарів, опублікованим 50 років тому Венкатраманом Радхакрішнаном і Девідом Куком.

Вчені також зрозуміли, що лінія видимості Землі перетнула магнітний полюс пульсара в напрямку з півночі на південь, що означає, що вони можуть нанести на карту промінь пульсара, що, в свою чергу, дозволило їм визначити частку неба, освітлюваного променем.

Це допомагає оцінити кількість подвійних нейтронних зірок у галактиці, що може допомогти визначити, скільки з них має стикатися, створюючи гравітаційні хвилі. Астрономи вважають, що південний промінь також зникне з поля зору, десь близько 2028 року, він повинен з'явитися десь між 2070 і 2090 роками, а північний промінь - між 2085 і 2105 роками.

«Пульсари можуть забезпечити тести, які не можна зробити ніяким іншим способом», - сказав астроном Інгрід Лестір з Університету Британської Колумбії. «Це ще один чудовий приклад такого тесту», - говорилося в журналі Science.