|
Система маломассивных нейтронных звёзд
|
|
|
|
Нейтронные звезды — чрезвычайно плотные остатки массивных звезд, взорвавшихся в конце своей жизни, — являются широко изучаемыми астрофизическими объектами. Некоторые из этих звезд, известные как пульсары, вращаются и испускают пучки радиоволн, из-за чего кажется, что они пульсируют, когда эти пучки проходят мимо Земли.
|
|
|
|
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, вращающиеся вокруг общего центра масс нейтронные звезды должны излучать рябь в пространстве-времени, известную как гравитационные волны. В результате потери энергии пары нейтронных звезд должны постепенно сближаться, а время, за которое они совершают полный оборот вокруг общего центра масс, должно сокращаться.
|
|
|
|
Исследователи из Китайской академии наук, Государственной ключевой лаборатории радиоастрономии и технологий в Пекине и других научных учреждений Китая решили проверить это предположение, изучив PSR J1856–0039 — двойную нейтронную звезду (ДНС), обнаруженную с помощью Сферического радиотелескопа с пятисотметровой апертурой (FAST) в Китае.
|
|
|
|
Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, показывают, что суммарная масса системы необычайно мала, а сокращение расстояния между нейтронными звездами согласуется с предсказаниями общей теории относительности.
|
|
|
|
|
|
|
«Мы проводим исследование пульсаров с помощью радиотелескопа FAST и на сегодняшний день обнаружили около 900 пульсаров, — рассказал в интервью Phys.org Цзиньлинь Хань, соавтор статьи. Среди них особенно выделяется PSR J1856-0039. Он был впервые обнаружен 4 мая 2020 года. Последующие наблюдения с помощью FAST показали, что это двойная система из двух нейтронных звёзд (DNS) с орбитальным периодом 2,36 часа — вторым по краткости среди подтверждённых систем DNS».
|
|
|
|
PSR J1856-0039, впервые обнаруженный телескопом FAST в 2020 году, имеет удивительно компактную орбиту и обладает измеримыми эффектами, предсказанными общей теорией относительности. Благодаря этим особенностям система представляет собой ценный объект для проверки теории.
|
|
|
|
«За последние пять лет благодаря долгосрочному мониторингу удалось точно измерить три посткеплеровских параметра орбиты, — рассказал Хань. — На их основе мы определили индивидуальные массы обеих нейтронных звёзд и выяснили, что их суммарная масса является наименьшей из всех известных для систем DNS. В этой статье мы представляем полученные результаты и обсуждаем их значение для изучения процессов формирования нейтронных звёзд и эволюции двойных систем».
|
|
|
|
FAST — это большой радиотелескоп, расположенный в Даводанской впадине, природном углублении на юго-западе Китая. Астрономы наблюдали за PSR J1856-0039 в течение 17 сеансов в период с 2020 по 2025 год, проведя 253 измерения времени прихода импульсов.
|
|
|
|
"Исключительная чувствительность FAST обеспечивает высокое отношение сигнал/шум (S/N) при обнаружении этого относительно слабого источника - его средняя плотность потока составляет приблизительно 0,1 МДж, хотя она варьируется от сеанса к сеансу", - пояснил Хан. "Анализ времени был выполнен с использованием широко распространенного программного обеспечения pulsar timing software Tempo2. Перед моделированием времени мы тщательно откалибровали быстрые данные для инструментальной поляризации и характеристики полосы пропускания с помощью PSRCHIVE".
|
|
|
|
Измерив скорость прохождения радиоимпульсов пульсара, команда проследила за вращением пульсара и его движением вокруг своего спутника. Изменения во времени поступления импульсов выявили три эффекта: сокращение периода обращения, постепенный поворот ближайшей точки орбиты и небольшой временной сдвиг, известный как задержка Эйнштейна.
|
|
|
|
Исследователи использовали эти измерения наряду с общей теорией относительности, чтобы оценить массу каждой звезды и сравнить наблюдаемое уменьшение орбиты с прогнозируемой скоростью. Они также оценили, когда звезды, вероятно, сольются.
|
|
|
|
«Мы итеративно совершенствовали как процесс обработки данных, так и решение для определения временных параметров, в результате чего получили высокоточную модель определения временных параметров, — рассказал Хан. — Эта точность позволила надежно измерить три посткеплеровских параметра: производную орбитального периода (Porb), скорость смещения периастра (dot-Omega) и эйнштейновскую задержку (Gamma) — в рамках общей релятивистской модели Дамура — Деруэля (DDGR), реализованной в Tempo2».
|
|
|
|
По словам исследователей, PSR J1856-0039 занимает второе место среди подтвержденных двойных систем из нейтронных звезд по силе проявления релятивистских эффектов. Это делает ее перспективной системой для дальнейших проверок общей теории относительности.
|
|
|
|
«Эта система обладает наибольшим потенциалом для обнаружения эффекта Лензе — Тирринга (ускользания кадров) из-за своей компактной орбиты, благоприятного наклона и исключительной точности определения временных параметров, — рассказал Хан. — На сегодняшний день это система с наименьшей суммарной массой среди всех двойных систем из нейтронных звезд, а значит, в результате ее слияния, скорее всего, образуется массивная нейтронная звезда, а не черная дыра, что позволит получить уникальную информацию об уравнении состояния сверхплотной материи».
|
|
|
|
По оценкам исследователей, две нейтронные звезды сольются примерно через 82 миллиона лет. В результате слияния может образоваться стабильная нейтронная звезда, но после замедления вращения остаток может превратиться в черную дыру. Хан и его коллеги планируют продолжить наблюдение за системой, чтобы выяснить, как вращение нейтронной звезды влияет на ее орбиту и что этот эффект может рассказать о веществе внутри нейтронных звезд.
|
|
|
|
«Мы продолжим долгосрочные наблюдения за этой ценной системой, чтобы лучше понять ее релятивистские эффекты и измерить дополнительные посткеплеровы параметры, — добавил Хан. — В частности, мы надеемся измерить эффект прецессии Лензе — Тирринга, а затем момент инерции нейтронной звезды, что позволит впервые определить состояние вещества внутри нейтронных звезд. Это будет сложная и долгосрочная работа, которая, вероятно, займет 10 лет и будет выполнена моим постдоком доктором Цзунлинем Яном».
|
|
|
|
Источник
|
