PSR J0737−3039

PSR J0737−3039

アーティストによる想像図。物体は実際の大きさでは描かれていません。ビー玉の大きさで描いた場合、物体間の距離は 225 m (750フィート)になります。MPEG アニメーション (2.4 MB )も参照してください。
観測データ エポックJ2000      エキノックスJ2000
星座	パピス
赤経	07時間37分51.248秒
偏角	−30° 39′ 40.83″
特徴
スペクトル型	パルサー
変数型	なし
天体測量
距離	3200～4500 光年 （1150 パーセンタイル）
軌道[1]
主要な	PSR J0737−3039A
仲間	PSR J0737−3039 B
期間（P）	2.45時間
偏心度（e）	0.088
詳細
PSR J0737−3039A
質量	1.338 万☉
回転	22.699379745181ミリ秒[2] [3]
PSR J0737−3039B
質量	1.249 万☉
回転	2.7734613507秒[2] [3]
その他の指定
2XMM J073751.4−303940
データベース参照
シンバド	データ

PSR J0737−3039は、初めて知られている二重パルサーである。相対論的連星系で電波波長の電磁波を放射する2つの中性子星から構成される。2つのパルサーはPSR J0737−3039AとPSR J0737−3039Bとして知られている。2003年にオーストラリアのパークス天文台で、イタリアの電波天文学者マルタ・バーゲイ率いる国際チームが高緯度パルサー調査中に発見した。^[4]

パルサーは、強い磁場によって脈動する電波放射を発生する中性子星です。中性子星は、超新星として爆発した大質量星の超小型残骸です。中性子星は、太陽よりも質量が大きいのに、直径はわずか数キロメートルです。これらの極めて高密度の物体は、軸を中心に回転し、集中した電磁波を発生させます。この電磁波は、空を掃引し、1秒間に数百パルスに達する速度で、灯台効果で一時的に地球に向けられます。

二重中性子星系は発見前から知られていたが、PSR J0737−3039は、^{[アップデート]}両方の中性子星がパルサーである最初で唯一の既知の系である（2021年現在）。つまり、「二重パルサー」系である。^[5] この天体は、 1974年にジョスリン・ベル、テイラー、ハルスによって発見され、2人は1993年のノーベル物理学賞を受賞したPSR B1913+16に似ている。この種の天体は、パルサーパルスの正確で一貫したタイミングにより、そうでなければ小さすぎる相対論的効果を観察できるため、アインシュタインの一般相対性理論の正確なテストを可能にする。既知のパルサーの多くは連星系を持ち、その多くは中性子星であると考えられていますが、J0737−3039 は両方の構成要素が中性子星であるだけでなくパルサーであることが判明した最初の例です。

PSR J0737−3039Aは、2003年にオーストラリアのパークス電波天文台の64メートルアンテナで、そのパートナーとともに発見されました。J0737−3039Bは、2回目の観測までパルサーとして確認されませんでした。このシステムは、夜空でより多くのパルサーを発見するために組織された高緯度マルチビーム調査中に、国際チームによって最初に観測されました。^[2]

当初、この恒星系は普通のパルサーの検出だと考えられていました。最初の検出では、中性子星の周りを周回する周期 23 ミリ秒のパルサーが 1 つ見つかりました。その後の観測で初めて、伴星から 2.8 秒のパルスを発する弱い 2 番目のパルサーが検出されました。

J0737−3039 の公転周期 (2.4 時間) は、このような天体としては知られている中で最も短いもの (テイラー・ハルス連星の 3 分の 1) であり、これまでで最も正確なテストが可能になっています。2005 年には、測定結果が一般相対性理論と観測結果の優れた一致を示したことが発表されました。特に、重力波によるエネルギー損失の予測は理論と一致しているようです。

重力波によるエネルギー損失の結果、共通軌道（直径約80万キロメートル[50万マイル]）は1日あたり7mmずつ縮小しています。2つの構成要素は約8500万年後に合体します。

相対論的な自転歳差運動により、パルサーBからのパルスは2008年3月時点では検出できなくなっている^{[アップデート]}が、歳差運動により2035年に再び観測可能になると予想されている。^[6]

2021年に、重力波による軌道エネルギーの損失を研究した結果、16年間のタイミングデータの観測が一般相対性理論と一致することが報告されました。軌道の減衰と軌道周期の加速は、主に2つのパルサーを持ち、近くに位置し、90°に近い傾斜角を持つシステムのユニークな特性により、0.013%という優れた精度で四重極公式に従うことがテストされました。 ^{[7] [8] [9]}

一般相対性理論の検証におけるこの系の重要性に加えて、ピランとシャヴィフは、この系の若いパルサーは質量放出なしに誕生したに違いないことを示しており、これは超新星を伴わない中性子星形成の新しい過程を示唆している。 ^[10]標準的な超新星モデルでは、この系は100 km/s以上の固有運動を示すと予測されているが、彼らはこの系は顕著な固有運動を示さないと予測した。彼らの予測は後にパルサーのタイミングによって確認された。^[11]

二重パルサーに関するもう一つの発見は、優勢パルサーと弱勢パルサーの合による日食の観測である。これは、吸収プラズマで満たされた片方のパルサーのドーナツ型の磁気圏が、伴パルサーの光を遮ったときに起こる。30秒以上続くこの遮断は、地球に対する連星系の回転面の向きと、弱勢パルサーの磁気圏の大きさの限界により、完全ではない。日食の間も、強いパルサーの光の一部は検出される。

二重パルサー系に加えて、系のうちの 1 つだけがパルサーであるさまざまな2 体系が知られています。既知の例としては、連星系のバリエーションが挙げられます 。

パルサー-白色矮星系。例：PSR B1620−26。

パルサー-中性子星系、例：PSR B1913+16。

パルサーと通常の恒星。例：PSR J0045−7319、パルサーと主系列B星で構成される系。

理論的には、パルサー・ブラックホール系は可能であり、科学的にも非常に興味深いものですが、そのような系はまだ特定されていません。最近、銀河系の中心にある超大質量ブラックホールのすぐ近くにパルサーが検出されましたが^[12]、その動きが Sgr A* の捕獲軌道であることはまだ公式には確認されていません。パルサー・ブラックホール系は、両方の天体によって及ぼされる 巨大な重力のため、アインシュタインの一般相対性理論のさらに強力なテストになる可能性があります。

また、科学的に非常に興味深いのは、PSR J0337+1715です。これはパルサーと白色矮星の連星系で、3 番目の白色矮星はより遠い軌道で他の 2 つの白色矮星の周りを回っています。このユニークな配置は、一般相対性理論のすべてが依拠する基本的仮定である物理学の強い等価原理を調査するために使用されています。

2020年代後半に完成予定の電波望遠鏡「スクエア・キロメートル・アレイ」は、一般相対性理論を検証するために、既知のパルサー連星系をさらに観測し、新しいパルサー連星系を検出する予定である。^[13]

• 電波天文学

• 「初めて発見された二重パルサーが新たな天体物理学を切り開く」マンチェスター大学、2004 年 1 月 8 日。
• 「初の二重パルサー」。オーストラリア国立望遠鏡施設。2022年12月14日。
• 「PSR J0737-3039」。シンバッド。ストラスブール天文学センター。
• 「Pulsares trazem boas notícias aos caçadores de ondas gravitacionais」[パルサーは重力波ハンターに朗報をもたらす]。Portal do Astronomo (ポルトガル語)。 2003 年 12 月 26 日。
• 「近接したペアのパルサー」。Physics -Uspekhi。2004 年 1 月 1 日。
• 「ルネのダブルパルサーページ」。ルネのホームページ。2014年8月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• ネイエ、ロバート (2003 年 12 月 12 日)。「新しい連星中性子星がアインシュタインの力を試す」。Sky and Telescope。
• ネイエ、ロバート (2005 年 3 月 3 日)。「アインシュタインが新たなテストに合格」。Sky and Telescope。
• ノルベルト・ユンケス（2021年12月13日）。「アインシュタインがまたもや正しかったことが証明された」。マックス・プランク協会。