FAST відзначився знахідкою найлегшої подвійної системи пульсарів

Китайський радіотелескоп FAST здійснив проривне відкриття, виявивши подвійну систему пульсарів PSR J1856-0039. Ця система є найлегшою серед відомих на сьогодні подвійних нейтронних зірок та має надзвичайно короткий орбітальний період, що робить її унікальним об’єктом для перевірки теорії відносності Ейнштейна та дослідження походження важких елементів у Всесвіті.

Рекордсмени за масою та компактністю

Національна астрономічна обсерваторія Китаю повідомила про значне досягнення команди дослідників під керівництвом професора Хань Цзіньліня. Використовуючи надчутливий радіотелескоп FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope), команда виявила подвійну систему пульсарів PSR J1856-0039. Ця система вирізняється двома ключовими особливостями: вона має найкоротший орбітальний період серед відомих подвійних систем нейтронних зірок, а її загальна маса є найменшою.

Нейтронні зірки – це надзвичайно щільні залишки масивних зірок, що вибухнули як наднової. Вони обертаються з неймовірною точністю, що дозволяє астрономам називати їх «космічними годинниками». Подвійні системи нейтронних зірок, де дві такі зірки обертаються одна навколо одної, є надзвичайно рідкісними. До сьогодні людству було відомо лише близько 30 таких об’єктів.

Ці системи формуються внаслідок двох вибухів наднових, а в майбутньому вони зливаються, випромінюючи гравітаційні хвилі. Саме в таких системах народжуються найважчі елементи у Всесвіті, такі як золото та платина. Крім того, вони є ідеальними лабораторіями для вивчення екстремальних станів речовини, перевірки загальної теорії відносності та механізмів вибухів наднових.

FAST – потужний інструмент для астрономічних досліджень

FAST, будучи найчутливішим однодзеркальним радіотелескопом у світі, в поєднанні з високопродуктивним приймачем L-діапазону, демонструє виняткову здатність виявляти пульсари. Використовуючи власну розроблену технологію швидкісних спостережень, команда FAST провела масштабний пошук пульсарів у Чумацькому Шляху, виявивши понад 900 нових пульсарів. Серед них PSR J1856-0039 стала справжнім проривом.

Орбітальний період системи PSR J1856-0039 становить лише 2,36 години. Це другий найкоротший показник серед усіх відомих подвійних систем пульсарів. Така близькість орбіт двох нейтронних зірок створює надзвичайно щільне середовище, де релятивістські ефекти проявляються особливо сильно. Саме тому ця система стала однією з найвидатніших для вивчення проявів загальної теорії відносності.

Крім того, система PSR J1856-0039 встановила новий рекорд за найменшою загальною масою – всього 2,488 маси Сонця. Одна з нейтронних зірок у цій системі має масу близько 1,30 маси Сонця, а її супутниця – лише 1,19 маси Сонця. Така легка супутниця наближається до теоретичної межі мінімальної маси нейтронної зірки, що надає потужні обмеження для розуміння фізичних механізмів вибухів наднових.

Релятивістські ефекти та майбутні дослідження

Завдяки своїй надзвичайній щільності орбіт, система PSR J1856-0039 перебуває в умовах екстремально сильного гравітаційного поля. Це дозволило дослідникам чітко зафіксувати низку релятивістських ефектів:

• Прецесію перицентру (зміщення найближчої точки орбіти).
• Червоне зміщення фотонів, спричинене сильним гравітаційним полем.
• Ефект сповільнення часу через високі швидкості руху.
• Сповільнення орбітального періоду внаслідок випромінювання гравітаційних хвиль.

Виміряне значення уповільнення орбітального періоду системи відрізняється від прогнозу загальної теорії відносності лише на 0,9%, що є вагомим підтвердженням її правильності. Очікується, що система PSR J1856-0039 зблизиться та злиється приблизно через 82 мільйони років, утворивши ще масивнішу нейтронну зірку. Цей процес має вирішальне значення для розуміння рівнянь стану речовини всередині нейтронних зірок та походження важких елементів у космосі.

Система також відкриває нові можливості для майбутніх досліджень. Її мінімальний орбітальний нахил та короткий період обертання створюють унікальні умови для виявлення ефекту «перетягування системи відліку», що виникає під час обертання пульсара. Цей ефект безпосередньо пов’язаний з моментом інерції нейтронної зірки. Подальші високоточні спостереження за допомогою FAST можуть дозволити точно виміряти цей параметр, що, у поєднанні з уже відомою масою зірок, надасть цінні дані для вивчення внутрішньої структури нейтронних зірок та фундаментальних властивостей простору-часу.

Дослідження було підтримано ключовими програмами Міністерства науки і технологій Китаю та Китайської академії наук.

Джерело: https://www.ithome.com/1/003/011.htm