PSR B1913+16 (пульсар Халса-Тейлора)

PSR B1913+16, также известный как пульсар Халса-Тейлора, — это двойная система, состоящая из двух нейтронных звезд, одна из которых является пульсаром. Эта система была открыта в 1974 году американскими астрофизиками Расселом Халсом и Джозефом Тейлором, за что они получили Нобелевскую премию по физике в 1993 году. PSR B1913+16 стала первой обнаруженной двойной системой с пульсаром и сыграла ключевую роль в подтверждении существования гравитационных волн, предсказанных общей теорией относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна.

 

Основные характеристики PSR B1913+16

1. Компоненты системы:

   • Система состоит из двух нейтронных звезд, одна из которых является радиопульсаром (PSR B1913+16A), а другая — либо нейтронной звездой, либо черной дырой (точная природа второго объекта до конца не установлена).

   • Пульсар вращается вокруг общего центра масс системы с периодом около 7,75 часов.

2. Пульсар:

   • Пульсар PSR B1913+16A испускает радиоволны, которые наблюдаются на Земле в виде периодических импульсов. Период вращения пульсара составляет около 59 миллисекунд.

   • Пульсар обладает сильным магнитным полем и высокой скоростью вращения, что характерно для нейтронных звезд.

3. Орбитальные параметры:

   • Орбита системы сильно эксцентрична (эксцентриситет около 0,617), что означает, что расстояние между двумя нейтронными звездами значительно меняется в течение орбитального периода.

   • Большая полуось орбиты составляет около 1,95 миллиона километров.

 

Значение PSR B1913+16 для науки

1. Подтверждение гравитационных волн:

   • Одним из самых важных открытий, связанных с PSR B1913+16, стало наблюдение уменьшения орбитального периода системы. Это уменьшение объясняется потерей энергии на излучение гравитационных волн, что полностью соответствует предсказаниям ОТО.

   • Измерения показали, что орбитальный период уменьшается на примерно 76 микросекунд в год, что точно совпадает с теоретическими расчетами.

2. Проверка общей теории относительности:

   • PSR B1913+16 предоставила уникальную возможность проверить предсказания ОТО в условиях сильного гравитационного поля. Наблюдения за системой подтвердили несколько эффектов, предсказанных Эйнштейном, включая:

     • Гравитационное красное смещение: изменение частоты сигналов пульсара из-за гравитационного поля компаньона.

     • Эффект Шапиро: задержка сигналов пульсара при прохождении через гравитационное поле компаньона.

     • Прецессия периастра: изменение ориентации орбиты системы со временем.

3. Нобелевская премия:

   • В 1993 году Рассел Халс и Джозеф Тейлор получили Нобелевскую премию по физике за открытие PSR B1913+16 и его значение для подтверждения ОТО. Их работа стала важным шагом в развитии астрофизики и гравитационной физики.

 

Наблюдения и исследования

1. Открытие системы:

   • PSR B1913+16 была обнаружена в 1974 году с помощью радиотелескопа Аресибо в Пуэрто-Рико. Халс и Тейлор заметили, что период импульсов пульсара меняется со временем, что указывало на наличие орбитального движения.

2. Долгосрочные наблюдения:

   • С момента открытия система PSR B1913+16 активно изучается астрономами. Долгосрочные наблюдения позволили точно измерить параметры орбиты и подтвердить уменьшение орбитального периода.

3. Гравитационные волны:

   • PSR B1913+16 стала первым косвенным доказательством существования гравитационных волн. Прямое обнаружение гравитационных волн было осуществлено только в 2015 году обсерваторией LIGO, но наблюдения за PSR B1913+16 подготовили почву для этого открытия.

 

Будущее исследований

1. Слияние нейтронных звезд:

   • Согласно расчетам, через примерно 300 миллионов лет две нейтронные звезды в системе PSR B1913+16 сольются, что приведет к мощному всплеску гравитационных волн и, возможно, к гамма-всплеску.

   • Это событие станет важным объектом для изучения гравитационных волн и физики нейтронных звезд.

2. Другие двойные системы:

   • После открытия PSR B1913+16 были обнаружены и другие двойные системы с пульсарами, такие как PSR J0737-3039. Эти системы также используются для проверки ОТО и изучения гравитационных волн.

 

Заключение

PSR B1913+16 — это уникальная астрофизическая лаборатория, которая сыграла ключевую роль в подтверждении общей теории относительности и существования гравитационных волн. Открытие этой системы Расселом Халсом и Джозефом Тейлором стало важным шагом в развитии современной астрофизики и гравитационной физики. Изучение PSR B1913+16 продолжается, и эта система остается важным объектом для понимания природы нейтронных звезд, гравитации и структуры Вселенной.