連星パルサー

連星パルサーは、連星の伴星（多くの場合、白色矮星または中性子星）を持つパルサーです。（少なくとも1つのケース、二重パルサーPSR J0737-3039では、伴星の中性子星も別のパルサーです。）連星パルサーは、その近傍の強い重力場のため、物理学者が一般相対性理論をテストできる数少ない天体の1つです。パルサーの連星伴星を直接観測することは通常困難または不可能ですが、パルサー自体からのパルスのタイミングからその存在を推測することができ、電波望遠鏡によって非常に正確に測定できます。

連星パルサーPSR B1913+16 (または「ハルス・テイラー連星パルサー」) は、1974 年にアレシボでジョセフ・フートン・テイラー・ジュニアとラッセル・ハルスによって初めて発見され、この功績により 1993 年のノーベル物理学賞を受賞しました。ハルスは、新たに発見されたパルサー PSR B1913+16 を観測中に、そのパルスの速度が規則的に変化していることに気付きました。パルサーは別の恒星の周りを非常に近く高速で周回しており、パルス周期はドップラー効果によって変化していると結論付けられました。パルサーが地球に向かって移動しているときはパルスの頻度が高くなり、逆に地球から離れるにつれて一定期間内に検出されるパルスの数は少なくなります。パルスは時計のチクタク音のようなもので、チクタク音の変化はパルサーが地球に近づく速度と地球から遠ざかる速度の変化を示しています。ハルスとテイラーは、これらのパルス変動を観測することで、これらの星の質量がほぼ同じであることも決定し、もう一方の天体も中性子星であると信じるに至った。このシステムからのパルスは現在、15 μs以内で追跡されている。^[1] (注: Cen X-3は実際には 1971 年に発見された最初の「連星パルサー」であり、 1972 年にはHer X-1がそれ​​に続いた。)

PSR B1913+16連星パルサーの研究は、相対論的タイミング効果を用いた中性子星の質量の初めての正確な決定にもつながりました。^[2] 2つの天体が近接している場合、重力場は強くなり、時間の経過が遅くなり、パルス（またはティック）間の時間が長くなります。次に、パルサークロックがフィールドの最も弱い部分をよりゆっくりと移動すると、時間を取り戻します。特殊相対論的効果である時間の遅れは、同様に軌道上で作用します。この相対論的時間遅延は、パルサーが円軌道上で伴星の周りを一定の距離と速度で移動している場合に見られると予想されるものと、実際に観測されるものとの差です。

2015年に初めて重力波が観測され、 Advanced LIGOが稼働するまでは、^[3]連星パルサーが科学者が重力波の証拠を検出できる唯一の手段でした。アインシュタインの一般相対性理論では、2つの中性子星が共通の質量中心を周回する際に重力波を放出し、それが軌道エネルギーを奪い、2つの星を近づけて公転周期を短くすると予測されています。パルサーのタイミング、ケプラーの軌道、および3つのポストケプラー補正（近点前進率、重力赤方偏移と時間の遅れの係数、重力放射放出による公転周期の変化率）に関する情報を組み込んだ10パラメータモデルは、連星パルサーのタイミングを完全にモデル化するのに十分です。^{[4] [5]}

PSR B1913+16 系の軌道減衰の測定結果は、アインシュタインの方程式とほぼ完全に一致した。相対性理論によれば、連星系の軌道エネルギーは時間の経過とともに重力放射に変換される。テイラー、ジョエル・M・ワイスバーグらが収集した PSR B1913+16 の軌道周期のデータは、この相対論的予測を裏付けており、1982 年^[2]およびその後の^{[1] [6]}で、2 つのパルサーの観測された最小分離距離は、軌道分離が一定であった場合に予想される距離と異なることが報告された。発見後の 10 年間で、この系の軌道周期は 1 年に約 7600 万分の 1 秒減少しており、これはパルサーが最大分離に近づくのが、軌道が同じであった場合よりも 1 秒以上早いことを示している。その後の観測でも、この減少が続いている。

アン中質量連星パルサー（IMBP）は、比較的長い自転周期（約10～200ミリ秒）を持つパルサー-白色矮星連星系で、比較的質量が大きい白色矮星と約1.5倍の質量を持つ白色矮星で構成されています^{。 [7]} IMBPの自転周期、磁場強度、軌道離心率は、低質量連星パルサー（LMBP）よりも大幅に大きいです。 ^[7] 2014年現在、IMBPは20個未満であることが知られています。 ^{[8] IMBPの例には、PSR J1802−2124 [7]}やPSR J2222−0137などがあります。 ^[8]${\displaystyle \,\geq 0.4M_{\odot }.}$

連星系PSR J2222−0137の公転周期は約2.45日で、地球から267キロメートルの距離にある。^+1.2
_-0.9 パーセク（約870光年）で、2番目に近い既知の連星パルサー系（2014年現在）であり、最も近いパルサーおよび中性子星の1つです。^[8]比較的質量の大きいパルサー（1.831 0.010 ）には、最小質量が約1.3太陽質量（1.319 0.004 ）の伴星PSR J2222−0137 Bがあります。^[9]これは、伴星が大質量の白色矮星（質量が の白色矮星はわずか8% ）であることを意味し、この系はIMBPになります。初期の測定ではPSR J2222−0137 Bの質量は太陽の約1倍とされていたが^[8] 、その後の観測で、実際には高質量の白色矮星であることが明らかになった^[9] 。また、温度が3,000 K未満で、知られている白色矮星の中で最も低温の星の1つでもある。 ^[8] PSR J2222−0137 Bは結晶化している可能性が高いため、この地球サイズの白色矮星は「ダイヤモンド星」と表現され^[10]、約4,000光年離れたPSR J1719-1438の伴星である白色矮星に似ている。 ^[11]${\displaystyle \pm }$${\displaystyle M_{\odot }}$${\displaystyle \pm }$${\displaystyle M_{\odot }}$${\displaystyle \,\geq 0.9M_{\odot }}$

連星パルサーの比較的普通の伴星が膨張して、その外層をパルサーに投げ出すことがあります。この相互作用により、天体間で交換されるガスが加熱され、脈動しているように見える X 線光が生成されます。このプロセスは、X 線連星段階と呼ばれます。1 つの恒星から別の恒星への物質の流れにより、多くの場合、受容星の周りに降着円盤が形成されます。

パルサーはまた、相対論的に流出する粒子の「風」を作り出し、連星パルサーの場合、伴星の 磁気圏を吹き飛ばし、パルス放射に劇的な影響を及ぼす可能性があります。

• 天文学 – 天体の科学的研究
• PSR B1913+16  – わし座のパルサーPages displaying short descriptions of redirect targets
• PSR J0737-3039  – とも座の二重パルサーPages displaying short descriptions of redirect targets
• スクエアキロメートルアレイ – オーストラリアと南アフリカで建設中の電波望遠鏡

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• マーサ・ヘインズ教授 Astro 201 連星パルサー PSR 1913+16 ウェブサイト
• 連星パルサーの発見でノーベル賞
• 中性子星の質量は 2012-10-17 にWayback Machineにアーカイブされています
• Lorimer, Duncan R. (2008). 「連星系とミリ秒パルサー」. Living Reviews in Relativity . 11 (1): 8. arXiv : 0811.0762 . Bibcode :2008LRR....11....8L. doi : 10.12942/lrr-2008-8 . ISSN  2367-3613. PMC  5256074. PMID  28179824 .
• ウィル、クリフォード M. (2001)。「一般相対性理論と実験の対立」。Living Reviews in Relativity。4 ( 1): 4。arXiv : gr -qc/0103036。Bibcode  : 2001LRR ..... 4 ....4W。doi : 10.12942 /  lrr - 2001-4。ISSN 2367-3613。PMC 5253802。PMID 28163632。 
• ステアーズ、 IH (2009)。「連星パルサーと一般相対性理論のテスト」。国際天文学連合紀要。5 (S261): 218–227。doi : 10.1017/ S1743921309990433。ISSN 1743-9213  。