Pulsar binaria
Una pulsar binaria è una pulsar con una compagna binaria, spesso una nana bianca o una stella di neutroni. In almeno un caso, la doppia pulsar PSR J0737-3039, anche la stella compagna è un'altra pulsar.
Le pulsar binarie sono uno dei pochi oggetti che permettono ai fisici di testare la relatività generale nel caso di un forte campo gravitazionale. Anche se il compagno binario della pulsar è di solito difficile o impossibile da osservare, il tempo degli impulsi della pulsar può essere misurato con straordinaria precisione dai radiotelescopi. I tempi delle pulsar binarie hanno indirettamente confermato l'esistenza della radiazione gravitazionale e verificato la teoria della relatività generale di Einstein.
Relatività
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.
Storia
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.
Spostamento cumulativo del periodo del periastron in secondi, per il sistema stellare binario PSR B1913+16 mentre il sistema perde energia per l'emissione di onde gravitazionali. I punti rossi sono dati sperimentali e la linea blu è lo spostamento previsto dalla relatività.
Domande e risposte
D: Che cos'è una pulsar binaria?
R: Una pulsar binaria è una pulsar con una compagna binaria, spesso una nana bianca o una stella di neutroni.
D: Qual è la stella compagna di una pulsar binaria?
R: La stella compagna di una pulsar binaria è spesso una nana bianca o una stella di neutroni, ma in almeno un caso (la pulsar doppia PSR J0737-3039), la stella compagna è anche un'altra pulsar.
D: Qual è il significato delle pulsar binarie nella fisica?
R: Le pulsar binarie sono importanti per la fisica perché permettono ai fisici di testare la relatività generale nel caso di un forte campo gravitazionale.
D: È possibile osservare la stella compagna di una pulsar binaria?
R: Di solito, la stella compagna della pulsar è difficile o impossibile da osservare.
D: Come si può misurare la tempistica degli impulsi di una pulsar binaria?
R: La tempistica degli impulsi di una pulsar binaria può essere misurata con straordinaria precisione dai radiotelescopi.
D: Che cosa ha confermato indirettamente la tempistica delle pulsar binarie?
R: La tempistica delle pulsar binarie ha confermato indirettamente l'esistenza della radiazione gravitazionale.
D: Quale teoria ha verificato la temporizzazione delle pulsar binarie?
R: Il cronometraggio delle pulsar binarie ha verificato la teoria generale della relatività di Einstein.
