5. ПРОВЕРКА ПО ЗВЕЗДНЫМ СИСТЕМАМ: ДВОЙНОЙ ПУЛЬСАР

Летом Рассел Халс и Джозеф Тейлор проводили систематический обзор неба в поисках новых пульсаров на обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико. В ходе этого обзора они зарегистрировали 50 пульсаров, причем 40 из этих пульсаров до этого были неизвестны, и провели целый ряд наблюдений, в том числе измерили периоды их импульсов с точностью до Однако один из этих пульсаров под номером оказался особенным: кроме того, что он обладал периодом т. е. самым коротким периодом среди всех пульсаров после пульсара в Крабовидной туманности, все попытки измерить этот период с точностью оказались безуспешными, поскольку пульсар обнаруживал явные изменения периода: в разные дни различие достигало а иногда период менялся на за 5 мин [187]. Такое поведение весьма несвойственно пульсарам, и Халс и Тейлор быстро сделали вывод, что наблюдаемые изменения периода являются результатом доплеровских смещений вследствие орбитального движения пульсара вокруг компаньона. В конце сентября 1974 г. Халс и Тейлор получили точную кривую скорости этой «спектральной двойной с единственной линией». Согласовав во всех деталях эту кривую с кеплеровской орбитой двух тел, они получили следующие элементы орбиты системы: полуамплитуду вариации радиальной скорости пульсара относительно Центра масс системы; орбитальный период двойной системы, скорректированный с учетом движения обсерватории; эксцентриситет орбиты; , долготу периастра в данную эпоху (сентябрь 1974 г.); , проекцию большой полуоси орбиты пульсара, где — угол наклона орбиты по отношению к плоскости, касательной к небесной наконец, функцию масс, Где — массы пульсара и его компаньона. Кроме того, они

получили период пульсара в системе покоя пульсара, введя необходимые поправки на орбитальные доплеровские смещения в данную эпоху (сентябрь 1974 г.). Эти результаты приведены в средней колонке табл. 9 [187].

Таблица 9 (см. скан) Параметры

Однако в конце сентября 1974 г. наблюдатели перешли к другой методике наблюдений, которая позволяла существенно повысить точность. В этой методике измеряются времена прихода индивидуальных импульсов (а не период, т. е. разница времени прихода соседних импульсов) и затем из этих времен вычитаются времена прихода, предсказываемые с помощью наиболее стабильного пульсара и с использованием параметров орбиты [189]. Затем параметры орбиты уточняются за счет обработки полученных разностей времен прихода методом наименьших квадратов. Результаты такой обработки данных, полученных к октябрю 1975 г., приведены в правой колонке табл. 9 [188].

Открытие вызвало сильное оживление среди релятивистов [а о том, что происходило в редакции «Письма в Астрофизический журнал» (Astrophysical Journal Letters), нечего и говорить], поскольку стало ясно, что вновь открытая система может стать новой лабораторией для исследования релятивистской гравитации. Постньютоновские орбитальные эффекты достигли бы здесь величин порядка т. е. имели бы на порядок более высокие значения, чем соответствующие значения для Меркурия, а малость орбитального периода (~8 ч) приводила бы к усилению всех вековых эффектов, таких, как, например, смещение периастра. Эти надежды подтвердились, когда в декабре 1974 г. Тейлор сообщил [190] о том, что измеренное смещение периастра оказалось равным (сравните с Меркурием!). Более того, эта система, по всей видимости, должна

быть «чистой» лабораторией, не подверженной таким сложным астрофизическим процессам, как перетекание масс. Радиосигнал пульсара никогда не испытывал затмение компаньоном, что налагало ограничение на геометрический размер компаньона, и дисперсия импульсного радиосигнала не проявляла каких-либо заметных изменений в ходе движения пульсара по орбите, что указывало на отсутствие в системе плотной плазмы, которая бы там имелась в случае перетекания массы от компаньона к пульсару. Эти данные практически исключают в качестве компаньона звезду главной последовательности, хотя и можно разумным образом подобрать такую звезду, удовлетворив при этом геометрическим ограничениям по отсутствию затмений и по измерениям дисперсии, но такая звезда приводила бы к слишком большому смещению периастра , связанному с приливными деформациями компаньона в гравитационном поле пульсара [191, 192]. В качестве еще одного кандидата на роль компаньона рассматривали гелиевую звезду главной последовательности, которая могла бы удовлетворить как геометрическим ограничениям, так и ограничениям по смещению периастра. Однако оценки расстояния до пульсара (5 кпс [187]) и ослабления излучения вдоль луча зрения звездные величины [193]) указывали на то, что такая гелиевая звезда была бы на две звездные величины ярче, чем наблюдательные ограничения на любой оптический объект, связанный с пульсаром [194, 195]. Другими возможными кандидатами в компаньоны являются плотные звездные объекты: белый карлик, нейтронная звезда или черная дыра.

Попытки получить более точное представление о свойствах компаньона потребовали обратиться к конструктивным сценариям образования и эволюции этой системы (табл. 10). Наиболее предпочтительным сценарием, по-видимому, является эволюция, начавшаяся с фазы рентгеновской двойной системы; при этом конечным продуктом этой фазы явились две нейтронные звезды [192, 196, 200]. Однако были, построены и альтернативные сценарии, приводящие в качестве компаньона к белому карлику [197, 200], черной дыре [192, 200, 201] или гелиевой звезде [192, 200]. Природа компаньона весьма существенна для различных релятивистских и астрофизических эффектов в системе, к обсуждению которых мы переходим.

Двойной пульсар вызвал оживление среди релятивистов, поскольку он может играть две совершенно различные роли: 1) он является «чистой» лабораторией с потенциально сильными релятивистскими эффектами, в которой можно проверять гравитационную теорию (п. 5.2), и 2) это первая из всех известных систем, для которой релятивистская теория гравитации может быть использована в качестве практического метода определения астрофизических параметров (п. 5.1). Мы начнем именно с этого второго пункта, Учитывая новую и совершенно неожиданную роль релятивистской гравитации.

Таблица 10 (см. скан) Библиография по двойному пульсару