Διπλό πάλσαρ

Δύο αντικείμενα που περιφέρονται σε τροχιά δεν ακολουθούν απολύτως κυκλικές διαδρομές.Οι διαδρομές είναι σχεδόν πάντα ελλειπτικές. Έτσι, δύο φορές ανά κύκλο βρίσκονται πιο κοντά και δύο φορές ανά κύκλο βρίσκονται πιο μακριά. Αυτό είναι προφανές για τη Γη και τον Ήλιο, αλλά η ιδέα ισχύει πολύ ευρύτερα.

Όταν τα δύο σώματα βρίσκονται κοντά, το βαρυτικό πεδίο είναι ισχυρότερο και το πέρασμα του χρόνου επιβραδύνεται. Με τα πάλσαρ, ο χρόνος μεταξύ των παλμών (ή των χρονικών στιγμών) επιμηκύνεται. Καθώς το ρολόι του πάλσαρ ταξιδεύει πιο αργά μέσα από το ασθενέστερο τμήμα του πεδίου, ανακτά το χρόνο. Αυτή είναι μια σχετικιστική χρονική καθυστέρηση. Είναι η διαφορά μεταξύ αυτού που θα περίμενε κανείς να δει αν το πάλσαρ κινούνταν σε σταθερή απόσταση και ταχύτητα γύρω από τον συνοδό του, και αυτού που πραγματικά παρατηρείται.

Τα δυαδικά πάλσαρ είναι ένα από τα λίγα εργαλεία που διαθέτουν οι επιστήμονες για να ανιχνεύσουν ενδείξεις βαρυτικών κυμάτων. Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει ότι δύο αστέρες νετρονίων θα εξέπεμπαν βαρυτικά κύματα καθώς θα περιφέρονταν γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας, τα οποία θα μετέφεραν τροχιακή ενέργεια και θα προκαλούσαν την προσέγγιση των δύο αστέρων. Καθώς τα δύο αστρικά σώματα πλησιάζουν το ένα το άλλο, συχνά το ένα πάλσαρ θα απορροφήσει ύλη από το άλλο, προκαλώντας μια βίαιη διαδικασία συσσώρευσης. Αυτή η αλληλεπίδραση μπορεί να θερμάνει το αέριο που ανταλλάσσεται μεταξύ των σωμάτων και να παράγει φως ακτίνων-Χ που μπορεί να φαίνεται να πάλλεται, με αποτέλεσμα οι δυαδικοί πάλσαρ να αναφέρονται περιστασιακά ως δυαδικοί αστέρες ακτίνων-Χ. Αυτή η ροή ύλης από το ένα αστρικό σώμα στο άλλο είναι γνωστή ως δίσκος προσαύξησης. Τα πάλσαρ του χιλιοστού του δευτερολέπτου (ή MSP) δημιουργούν ένα είδος "ανέμου", ο οποίος στην περίπτωση των δυαδικών πάλσαρ μπορεί να παρασύρει τη μαγνητόσφαιρα των αστέρων νετρονίων και να έχει δραματική επίδραση στην εκπομπή παλμών.

Ο πρώτος δυαδικός πάλσαρ, ο PSR B1913+16 ή ο "δυαδικός πάλσαρ Hulse-Taylor" ανακαλύφθηκε το 1974 στο Arecibo από τους Joseph Taylor και Russell Hulse, για τον οποίο κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1993. Οι παλμοί από αυτό το σύστημα έχουν εντοπιστεί, χωρίς δυσλειτουργίες, με ακρίβεια 15 μs από την ανακάλυψή του.

Το βραβείο Νόμπελ του 1993 απονεμήθηκε στους Joseph Taylor και Russell Hulse μετά την ανακάλυψη δύο τέτοιων αστέρων. Ενώ ο Hulse παρατηρούσε ένα νέο πάλσαρ, που ονομάστηκε PSR B1913+16, παρατήρησε ότι η συχνότητα με την οποία πάλλεται αυξομειωνόταν. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η απλούστερη εξήγηση ήταν ότι το πάλσαρ περιφερόταν πολύ στενά γύρω από ένα άλλο άστρο με μεγάλη ταχύτητα. Οι Hulse και Taylor διαπίστωσαν ότι τα αστέρια ήταν εξίσου βαριά παρατηρώντας αυτές τις διακυμάνσεις των παλμών, γεγονός που τους οδήγησε να πιστέψουν ότι το άλλο χωρικό αντικείμενο ήταν επίσης ένα αστέρι νετρονίων.

Οι παρατηρήσεις που έγιναν σχετικά με την τροχιακή αποσύνθεση αυτού του αστρικού συστήματος ήταν σχεδόν απόλυτα συμβατές με τις εξισώσεις του Αϊνστάιν. Η σχετικότητα προβλέπει ότι με την πάροδο του χρόνου η τροχιακή ενέργεια ενός δυαδικού συστήματος θα μετατραπεί σε βαρυτική ακτινοβολία. Τα δεδομένα που συνέλεξαν ο Taylor και οι συνεργάτες του για την περίοδο της τροχιάς του PRS B1913+16 υποστήριξαν αυτή τη σχετικιστική πρόβλεψη. Ανέφεραν το 1983 ότι υπήρχε μια διαφορά στην παρατηρούμενη ελάχιστη απόσταση των δύο πάλσαρ σε σύγκριση με αυτήν που αναμενόταν αν η τροχιακή απόσταση είχε παραμείνει σταθερή. Κατά τη δεκαετία που ακολούθησε την ανακάλυψή του, η τροχιακή περίοδος του συστήματος είχε μειωθεί κατά περίπου 76 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου ανά έτος. Αυτό σημαίνει ότι το πάλσαρ πλησίαζε στο μέγιστο διαχωρισμό του περισσότερο από ένα δευτερόλεπτο νωρίτερα από ό,τι θα είχε συμβεί αν η τροχιά είχε παραμείνει η ίδια. Μεταγενέστερες παρατηρήσεις συνεχίζουν να δείχνουν αυτή τη μείωση.