Двойният пулсар е пулсар с двоен спътник, често бяло джудже или неутронна звезда. Поне в един случай, двойният пулсар PSR J0737-3039, звездата спътник е също друг пулсар.
Двойните пулсари са едни от малкото обекти, които позволяват на физиците да проверят общата теория на относителността в случай на силно гравитационно поле. Въпреки че двоичният спътник на пулсара обикновено е труден или невъзможен за наблюдение, времето на импулсите от пулсара може да бъде измерено с изключителна точност от радиотелескопите. Определянето на времето на бинарните пулсари косвено потвърждава съществуването на гравитационното излъчване и верифицира общата теория на относителността на Айнщайн.
Какво представляват двоичните пулсари
Двоичният (бинарният) пулсар е неутронна звезда, която излъчва периодични радиосигнали и се намира в орбита около спътник. Спътникът може да бъде:
- друга неутронна звезда (понякога също пулсар),
- бяло джудже,
- звезда от главната последователност или дори черна дупка в някои редки случаи.
Наблюдение и техники
Основният метод за изучаване на двоични пулсари е прецизно измерване на времето на импулсите (pulsar timing). От времевите остатъци и промяната във фаза могат да се извлекат орбитални и релативистични параметри. Често използвани наблюдателни техники и уреди:
- високочувствителни радиотелескопи и мрежи от телескопи,
- анализ на време-интервали между импулсите за откриване на периодични промени,
- измерване на доплерови ефекти от орбиталното движение,
- наблюдение на елементи като затихване на орбиталния период (P˙orb), перицентърно премествање (advance of periastron), и Шапиро-закъснение (Shapiro delay).
Релативистични ефекти и тестове на гравитацията
Двойните пулсари са уникални лаборатории за тестване на общата теория на относителността (ОТО) в силно гравитационно поле. Основните измерими релативистични ефекти включват:
- аванс на перихелия (periastron advance),
- градиент на гравитационното времево забавяне и гравитационно-червено изместване,
- Шапиро-закъснение при преминаване зад спътника,
- намаление на орбиталната енергия чрез излъчване на гравитационни вълни, наблюдавано като свиване на орбитата (orbital decay).
Произход и еволюция
Формироването на двоични пулсари обикновено включва няколко етапа:
- двойка масивни звезди, една от които първо експлодира като свръхнова и образува неутронна звезда,
- по-нататъшен обмен на маса или общо-оболочно съкращаване, който прави орбитата по-компактна,
- ако неутронната звезда бъде „рециклирана“ чрез акреция, тя може да се превърне в бързо въртящ се милисекунден пулсар.
Значение за астрофизиката и гравитационната астрономия
Двоичните пулсари имат голямо научно значение:
- позволяват прецизни тестове на ОТО и алтернативни теории на гравитацията в силно поле,
- дават измервания на масите на неутронните звезди с висока точност, което ограничава възможните уравнения на състоянието на материята при високи плътности,
- по същество служат като лаборатории за изучаване на звездната еволюция и последователности на масов трансфер,
- подпомагат гравитационната астрономия — наблюдаваното свиване на орбитите е директен индикатор за енергията, носена от гравитационните вълни, и предоставя контекст за съвременните детектори на гравитационни вълни.
Практически проблеми и ограничения
Някои от предизвикателствата при работа с двоични пулсари включват:
- насочеността на лъчението: пулсарът трябва да „насочва“ импулсите към Земята, за да бъде откриваем,
- ефекти от междупланетна и межд s тлантическа материя (interstellar medium), които добавят шум и изкривяване на сигналите,
- предизвикателства при откриване на компактен спътник при силно затъмнени или еклиптирани системи,
- непълнота на наблюденията — откриваме само част от общия брой двоични системи поради селективни ефекти на наблюдаване.
В обобщение, двоичните пулсари са ключови обекти както за теоретичната, така и за наблюдателната астрофизика: те осигуряват едни от най-строгите експериментални проверки на гравитацията в силно поле, дават данни за масите и вътрешната структура на неутронните звезди и хвърлят светлина върху процесите на двойната еволюция и формирането на компактни обекти.

