Pulsar binaria

Due oggetti che orbitano non lo fanno in percorsi assolutamente circolari. I percorsi sono praticamente sempre ellittici. Quindi due volte in un circuito sono più vicini, e due volte in un circuito sono più lontani. Questo è ovvio per la Terra e il Sole, ma l'idea si applica molto più ampiamente.

Quando i due corpi sono vicini, il campo gravitazionale è più forte e il passaggio del tempo viene rallentato. Con le pulsar, il tempo tra gli impulsi (o ticchettii) si allunga. Quando l'orologio della pulsar viaggia più lentamente attraverso la parte più debole del campo, recupera tempo. Questo è un ritardo temporale relativistico. È la differenza tra ciò che ci si aspetterebbe di vedere se la pulsar si muovesse a distanza e velocità costante intorno alla sua compagna, e ciò che viene effettivamente osservato.

Le pulsar binarie sono uno dei pochi strumenti che gli scienziati hanno per rilevare prove di onde gravitazionali. La teoria della relatività generale di Einstein prevede che due stelle di neutroni emettano onde gravitazionali mentre orbitano intorno a un centro di massa comune, che porterebbero via l'energia orbitale e farebbero avvicinare le due stelle. Mentre i due corpi stellari si avvicinano l'uno all'altro, spesso una pulsar assorbirà materia dall'altra, causando un violento processo di accrescimento. Questa interazione può riscaldare il gas che viene scambiato tra i corpi e produrre una luce a raggi X che può sembrare pulsare, facendo sì che le pulsar binarie vengano occasionalmente chiamate binari a raggi X. Questo flusso di materia da un corpo stellare all'altro è noto come disco di accrescimento. Le pulsar a millisecondi (o MSP) creano una sorta di "vento", che nel caso delle pulsar binarie può spazzare via la magnetosfera delle stelle di neutroni e avere un effetto drammatico sull'emissione degli impulsi.

La prima pulsar binaria, PSR B1913+16 o la "pulsar binaria Hulse-Taylor" è stata scoperta nel 1974 ad Arecibo da Joseph Taylor e Russell Hulse, per cui hanno vinto il premio Nobel per la fisica nel 1993. Gli impulsi di questo sistema sono stati tracciati, senza glitch, entro 15 μs dalla sua scoperta.

Il premio Nobel 1993 è stato assegnato a Joseph Taylor e Russell Hulse dopo aver scoperto due di queste stelle. Mentre Hulse stava osservando una nuova pulsar, chiamata PSR B1913+16, notò che la frequenza con cui pulsava fluttuava. Si concluse che la spiegazione più semplice era che la pulsar stava orbitando molto vicino ad un'altra stella ad alta velocità. Hulse e Taylor determinarono che le stelle erano ugualmente pesanti osservando queste fluttuazioni di impulsi, il che li portò a credere che anche l'altro oggetto spaziale fosse una stella di neutroni.

Le osservazioni fatte sul decadimento orbitale di questo sistema stellare corrispondevano quasi perfettamente alle equazioni di Einstein. La relatività predice che nel tempo l'energia orbitale di un sistema binario sarà convertita in radiazionegravitazionale. I dati raccolti da Taylor e dai suoi colleghi sul periodo orbitale di PRS B1913+16 supportavano questa previsione relativistica. Hanno riportato nel 1983 che c'era una differenza nella separazione minima osservata delle due pulsar rispetto a quella prevista se la separazione orbitale fosse rimasta costante. Nel decennio successivo alla sua scoperta il periodo orbitale del sistema era diminuito di circa 76 milionesimi di secondo all'anno. Questo significa che la pulsar si stava avvicinando alla sua massima separazione più di un secondo prima di quanto avrebbe fatto se l'orbita fosse rimasta la stessa. Le osservazioni successive continuano a mostrare questa diminuzione.