Binær pulsar
En binær pulsar er en pulsar med en binær ledsager, ofte en hvid dværg eller en neutronstjerne. I mindst ét tilfælde, den dobbelte pulsar PSR J0737-3039, er ledsagestjernen også en anden pulsar.
Binære pulsarer er et af de få objekter, som giver fysikerne mulighed for at teste den generelle relativitetsteori i tilfælde af et stærkt gravitationsfelt. Selv om den binære ledsager til pulsaren normalt er vanskelig eller umulig at observere, kan pulserende pulsarers tidspunkter måles med usædvanlig stor nøjagtighed af radioteleskoper. Timingen af binære pulsarer har indirekte bekræftet eksistensen af gravitationsstråling og verificeret Einsteins generelle relativitetsteori.
Relativitet
To objekter, der kredser om hinanden, gør det ikke på absolut cirkulære baner, men næsten altid på elliptiske baner. Så to gange på en kreds er de tættest på hinanden, og to gange på en kreds er de længst væk. Dette er indlysende for Jorden og Solen, men ideen gælder meget mere bredt.
Når de to legemer er tæt på hinanden, er tyngdefeltet stærkere, og tiden går langsommere. Med pulsarer forlænges tiden mellem pulserne (eller ticks). Når pulsaruret bevæger sig langsommere gennem den svageste del af feltet, genvinder det tiden. Der er tale om en relativistisk tidsforsinkelse. Det er forskellen mellem det, man ville forvente at se, hvis pulsaren bevægede sig med en konstant afstand og hastighed omkring sin ledsager, og det, der faktisk observeres.
Binære pulsarer er et af de få redskaber, som forskerne har til at opdage tegn på gravitationsbølger. Einsteins generelle relativitetsteori forudsiger, at to neutronstjerner vil udsende gravitationsbølger, når de kredser om et fælles massecenter, hvilket vil fjerne banenergi og få de to stjerner til at komme tættere på hinanden. Når de to stjernekroppe kommer tættere på hinanden, vil den ene pulsar ofte absorbere stof fra den anden, hvilket forårsager en voldsom akkretionsproces. Denne vekselvirkning kan opvarme den gas, der udveksles mellem legemerne, og producere røntgenlys, som kan synes at pulsere, hvilket gør, at binære pulsarer lejlighedsvis omtales som røntgenbinærer. Denne strøm af stof fra et stjernelegeme til et andet er kendt som en akkretionsskive. Millisekundspulsarer (eller MSP'er) skaber en slags "vind", som i tilfælde af binære pulsarer kan blæse neutronstjernernes magnetosfære væk og have en dramatisk virkning på pulsudstrålingen.
Historie
Den første binære pulsar, PSR B1913+16 eller den "Hulse-Taylor binære pulsar" blev opdaget i 1974 på Arecibo af Joseph Taylor og Russell Hulse, og de modtog Nobelprisen i fysik i 1993 for dette. Pulserne fra dette system er blevet fulgt uden fejl med en nøjagtighed på 15 μs siden opdagelsen.
Nobelprisen fra 1993 blev tildelt Joseph Taylor og Russell Hulse, efter at de havde opdaget to sådanne stjerner. Mens Hulse observerede en ny pulsar, kaldet PSR B1913+16, bemærkede han, at den frekvens, hvormed den pulserede, svingede. Man konkluderede, at den enkleste forklaring var, at pulsaren kredsede meget tæt om en anden stjerne med en høj hastighed. Hulse og Taylor fastslog, at stjernerne var lige tunge ved at observere disse pulssvingninger, hvilket fik dem til at tro, at det andet rumlige objekt også var en neutronstjerne.
De observationer, der blev gjort af dette stjernesystems orbital forfald, passede næsten perfekt til Einsteins ligninger. Relativitetsteorien forudsiger, at et binært systems banenergi med tiden vil blive omdannet til gravitationsstråling. De data, som Taylor og hans kolleger indsamlede om omløbstiden for PRS B1913+16, understøttede denne relativistiske forudsigelse. De rapporterede i 1983, at der var en forskel i den observerede minimumsafstand mellem de to pulsarer sammenlignet med den forventede afstand, hvis banespringet havde været konstant. I det årti, der fulgte efter opdagelsen, var systemets omløbstid faldet med ca. 76 milliontedele af et sekund om året. Det betyder, at pulsaren nærmede sig sin maksimale afstand mere end et sekund tidligere, end den ville have gjort, hvis omløbsbanen var forblevet uændret. Senere observationer viser fortsat dette fald.
Kumulativ forskydning i periastronperioden i sekunder for det binære stjernesystem PSR B1913+16, efterhånden som systemet mister energi ved udsendelse af gravitationsbølger. De røde punkter er eksperimentelle data, og den blå linje er den forskydning, der forudsiges af relativitetsteorien.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er en binær pulsar?
A: En binær pulsar er en pulsar med en binær ledsager, ofte en hvid dværg eller en neutronstjerne.
Sp: Hvad er ledsagestjernen i en binær pulsar?
Svar: En binær pulsars ledsagestjerne er ofte en hvid dværg eller en neutronstjerne, men i mindst ét tilfælde (dobbeltpulsaren PSR J0737-3039) er ledsagestjernen også en anden pulsar.
Spørgsmål: Hvilken betydning har binære pulsarer i fysikken?
Svar: Binære pulsarer er vigtige i fysikken, fordi de giver fysikerne mulighed for at teste den generelle relativitetsteori i tilfælde af et stærkt gravitationsfelt.
Spørgsmål: Er det muligt at observere ledsagestjernen til en binær pulsar?
Svar: Normalt er det vanskeligt eller umuligt at observere pulsarens ledsagerstjerne.
Spørgsmål: Hvordan kan man måle timingen af pulserne fra en binær pulsar?
Svar: Timingen af pulserne fra en binær pulsar kan måles med ekstraordinær nøjagtighed af radioteleskoper.
Spørgsmål: Hvad har binære pulsarers timing indirekte bekræftet?
Svar: Timingen af binære pulsarer har indirekte bekræftet eksistensen af gravitationsstråling.
Spørgsmål: Hvilken teori har binær pulsar timing bekræftet?
Svar: Binær pulsartidsmåling har bekræftet Einsteins generelle relativitetsteori.
