| На главную | О проекте | Контакты |
www.Russika.Ru
Статья в Энциклопедическом Фонде

Хронометрирование (тайминг) пульсаров

Хронометрирование (тайминг) пульсаров - современный и один из наиболее точных, наряду со Радиоинтерферометрией со сверхдлинными базами, астрономический метод, заключающийся в длительном (до десятков лет) высокоточном измерении моментов прихода импульсов (МПИ) пульсаров рис.1 в точку наблюдения. Хронометрирование пульсаров используется для решения ряда задач в области астрофизики нейтронных звезд и межзвездной среды, фундаментальной астрономии, в задачах тестирования Общей Теории Относительности (ОТО) и альтернативных теорий гравитации. Также высокоточное хронометрирование пульсаров позволяет ввести астрономическую шкалу времени, обладающую на длительных промежутках времени (10 лет и более) стабильностью, сравнимой со стабильностью современных атомных стандартов времени.
Открытие пульсаров, сделанное в 1967 г. группой кембриджских радиоастрономов под руководством Э.Хьюиша, отмечено Нобелевской премией по физике. Необычные свойства пульсаров стимулировали не только работы в теоретической области, но и экспериментальные методы исследования пульсаров. Это привело к быстрому накоплению наблюдательных данных и появлению многочисленных теорий, объясняющих свойства пульсаров. В результате поиска, организованного на телескопах всего мира, в настоящее время известны более тысячи пульсаров.
Пульсары - быстровращающиеся нейтронные звезды, обладающие мощным магнитным полем и излучающие из областей вблизи магнитных полюсов ("полярных шапок") электромагнитные волны в широком диапазоне частот. Благодаря узкой локализации источника излучения на поверхности пульсара, при его вращении вокруг своей оси возникает так называемый "эффект прожектора", когда с каждым оборотом нейтронной звезды излучение от пульсара пересекает луч зрения земного наблюдателя. В такие моменты на Земле фиксируется импульсное гамма, рентгеновское, оптическое и радио (в диапазоне от 40 МГц до 22 ГГц) излучение пульсаров. Это излучение фиксируется с помощью космических и наземных гамма-, рентгеновских, оптических радиотелескопов рис.2.
В связи с тем, что пульсары обладают большим моментом импульса, их вращение отличается высочайшей стабильностью. Именно это качество, превращающее пульсары в своего рода космические часы, превращает их в уникальную астрофизическую лабораторию. Периоды различных пульсаров изменяются в широком диапазоне приблизительно от нескольких миллисекунды (миллисекундные пульсары) до секунд. Стабильность различных пульсаров может отличается в тысячи раз, наиболее высокой стабильностью собственного вращения обладают миллисекундные пульсары, большая часть которых входит в двойные системы. Вторым телом в такой двойной системе (компаньоном) может является белый карлик, нейтронная звезда или черная дыра.Несмотря на то, что наблюдаемая форма каждого импульса пульсара рис.3, как правило, отличается от предыдущего, сумма большого количества импульсов (от сотен до нескольких миллионов), накапливаемых синхронно с наблюдаемым периодом, сохраняет высокую стабильность в течение длительного времени и является уникальной характеристикой каждого пульсара. Благодаря этому качеству средних импульсов удается определить МПИ путем поиска максимума функции кросс-корреляции среднего импульса пульсара, полученного в течение сеанса наблюдений, с так называемым эталонным профилем пульсара (полученным суммированием большого количества его индивидуальных импульсов). В связи с тем, что пульсар и наблюдатель движутся относительно друг друга, наблюдаемый период пульсара и его МПИ изменяются вследствие допплеровского эффекта, кроме того, на МПИ влияют эффекты распространения сигала пульсара в межзвездной среде, в гравитационном поле компаньона и тел Солнечной системы. Для того чтобы учесть все перечисленные эффекты производится переход в систему отсчета, неподвижную относительно барицентра Солнечной системы. При этом для учета движения наблюдателя относительно пульсара и расчета барицентрического времени используются теории вращения Земли, динамические эфемериды Земли и планет и теория релятивистского преобразования шкал в Солнечной системе. Остальные параметры, обуславливающие изменения МПИ в барицентре Солнечной системы, а именно, координаты и собственное движение пульсара, параметры двойной системы, в которую входит пульсар, параметры его собственного вращения и характеристики межзвездной среды, определяются из анализа наблюдательных данных. Разница между теоретически рассчитанными на основе МНК-оценок и наблюдаемыми МПИ (остаточные уклонения МПИ) обусловлены шумами различного астрофизического и земного происхождения и наличием неучтенных параметров модели хронометрирования рис.4. Тщательный анализ МПИ пульсаров позволил к настоящему времени провести ряд тонких тестов ОТО и альтернативных теорий гравитации, определить массы ряда пульсаров и их компаньонов, а также с высокой точностью вычислить вариации орбитальных параметров двойной системы. вызванные излучением ею гравитационных волн.

Используемые источники
1. en.wikipedia.org.
2. en.wikipedia.org/wiki/Pulsar_timing_array.
3. prao.ru.
4. psun32.prao.ru.
Энциклопедический Фонд