Теория относительности поймала нейтронную звезду

Астромам удалось обнаружить самую тяжелую нейтронную звезду. Выдали великана тусклый компаньон и Теория относительности.

Эффекты Общей теории относительности помогли астрономам открыть самую массивную из изученных до этого нейтронных звезд. Произошло это после того, как группа под руководством Поля Демореста обратила телескоп Национальной радиоастрономической обсерватории на ранее известный пульсар J1614-2230.

Космические хронометры

Пульсары – релятивистские объекты, испускающие мощные, строго периодические импульсы электромагнитного излучения. Первый пульсар был открыт в 1967 году астрономами Кембриджского университета, за что позднее они получили Нобелевскую премию.

Ученые долго не могли понять, какие объекты во Вселенной могут создавать короткопериодические раидиосигналы определенной частоты в несколько герц. Грешили даже на инопланетный разум. Позднее ученые установили, что источником этих импульсов являются быстро вращающиеся нейтронные звезды, существование которых было предсказано еще в 1939 году. Нейтронные звезды – сверхплотные "трупы", остающиеся от массивных звезд. Как следует из названия, эти объекты состоят из нейтронов, которые входят в ядра атомов.

Радиопульсарами становятся быстро вращающиеся сильно замагниченные нейтронные звезды. Периодичность радиопульсаций и их узкая направленность в две стороны является следствием вращения нейтронных звезд. Периоды большинства пульсаров составляют от 0,5 до 1 секунды.

Сигналы неточного времени

Ученым было известно, что объект J1614-2230 – двойной радиопульсар, состоящий из нейтронной звезды и звезды-компаньона, вращающихся вокруг общего центра масс. Чтобы определить массы обоих компонентов, ученые решили использовать тонкий релятивистский эффект, являющийся следствием общей теории относительности. Эффект Шапиро заключается в том, что в поле тяготеющих тел электромагнитные сигналы идут медленнее, чем вне этих полей. По этой же причине часы, тикающие вблизи массивного объекта, для удаленного наблюдателя будут идти медленнее, чем вдали от гравитирующих тел. Величина временного запаздывания напрямую связана с массой тяготеющего объекта. Ученые предположили, что импульсы J1614-2230 должны слегка замедляться в тот момент, когда компаньон нейтронной звезды окажется рядом с лучом зрения наблюдателей с Земли. Затем, по мере взаимного вращения, эффект должен уменьшаться.

Периодическое запаздывание сигнала зафиксировать удалось. Зная, как часто оно наступает, ученые смогли определить частоту взаимного вращения нейтронной звезды и неизвестного компаньона. Оказалось, что астрономам исключительно повезло с тем, что плоскость орбиты двойного пульсара с точностью до одного градуса лежит на луче зрения земных наблюдателей. Очевидно, что при такой конфигурации эффект запаздывания сигнала должен быть наибольшим.

Из величины задержки астрономы установили, что создает ее объект массой в полсолнца. Скорее всего – углеродно-кислородный белый карлик. Зная период вращения двух гравитационно связанных тел (8,7 земных суток) и массу одного из них, нетрудно было определить и массу второго. Масса самого пульсара оказалась равной двум массам Солнца. Этот пульсар оказался самым массивным из пока известных науке. Прежний рекорд массы нейтронной звезды составлял 1,67 масс Солнца.

«Масса пульсара оказалась больше всех, когда-либо измеренных. Это меняет наши представления о том, какой макимальной массой могут обладать нейтронные звезды», -- пояснил Деморест. Но главное, новый метод открывает перед учеными возможность более точного измерения масс нейтронных звезд.