Мал. 8. Экзатычная падвойная сістэма PSR J0348+0432, якая складаецца з пульсара і белага карліка, які круціцца вакол яго за 2,5 гадзіны.
English: Astronomers have used ESO’s Very Large Telescope, along with radio telescopes around the world, to find and study a bizarre stellar pair consisting of the most massive neutron star confirmed so far, orbited by a white dwarf star. This strange new binary allows tests of Einstein’s theory of gravity — general relativity — in ways that were not possible up to now. So far the new observations exactly agree with the predictions from general relativity and are inconsistent with some alternative theories. The results will appear in the journal Science on 26 April 2013. An international team has discovered an exotic double object that consists of a tiny, but unusually heavy neutron star that spins 25 times each second, orbited every two and a half hours by a white dwarf star. The neutron star is a pulsar that is giving off radio waves that can be picked up on Earth by radio telescopes. Although this unusual pair is very interesting in its own right it is also a unique laboratory for testing the limits of physical theories. This pulsar is named PSR J0348+0432 and is the remains of a supernova explosion. It is twice as heavy as the Sun, but just 20 kilometres across. The gravity at its surface is more than 300 billion times stronger than that on Earth and at its centre every sugar-cubed-sized volume has more than one billion tonnes of matter squeezed into it. Its companion white dwarf star is only slightly less exotic; it is the glowing remains of a much lighter star that has lost its atmosphere and is slowly cooling. “I was observing the system with ESO’s Very Large Telescope, looking for changes in the light emitted from the white dwarf caused by its motion around the pulsar,” says John Antoniadis, a PhD student at the Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) in Bonn and lead author of the paper. “A quick on-the-spot analysis made me realise that the pulsar was quite a heavyweight. It is twice the mass of the Sun, making it the most massive neutron star that we know of and also an excellent laboratory for fundamental physics.” Einstein’s general theory of relativity, which explains gravity as a consequence of the curvature of spacetime created by the presence of mass and energy, has withstood all tests since it was first published almost a century ago. But it cannot be the final explanation and must ultimately break down [1]. Physicists have devised other theories of gravity that make different predictions from general relativity. For some of these alternatives, these differences would only show up in extremely strong gravitational fields that cannot be found in the Solar System. In terms of gravity, PSR J0348+0432 is a truly extreme object, even compared to the other pulsars that have been used in high precision tests of Einstein’s general relativity [2]. In such strong gravitational fields small increases in the mass can lead to large changes in the spacetime around such objects. Up to now astronomers had no idea what would happen in the presence of such a massive neutron star as PSR J0348+0432. It offers the unique opportunity to push tests into new territory. The team combined Very Large Telescope observations of the white dwarf with very precise timing of the pulsar from radio telescopes [3]. Such a close binary radiates gravitational waves and loses energy. This causes the orbital period to change very slightly and the predictions for this change from general relativity and other competing theories are different. “Our radio observations were so precise that we have already been able to measure a change in the orbital period of 8 millionths of a second per year, exactly what Einstein’s theory predicts,” states Paulo Freire, another team member. This is just the start of detailed studies of this unique object and astronomers will be using it to test general relativity to ever greater precision as time goes on. Notes [1] General relativity is not consistent with the other great theory of twentieth century physics, quantum mechanics. It also predicts singularities under some circumstances, where some quantities tend to infinity, such as the centre of a black hole. [2] The first binary pulsar, PSR B1913+16, was discovered by Joseph Hooton Taylor, Jr. and Russell Hulse, for which they won the 1993 Nobel Prize in Physics. They accurately measured the changes in the properties of this remarkable object and showed that they were precisely consistent with the gravitational radiation energy losses predicted by general relativity. [3] This work made use of data from the Effelsberg, Arecibo and Green Bank radio telescopes as well as the ESO Very Large Telescope and the William Herschel Telescope optical telescopes. Русский: С помощью Очень Большого Телескопа ESO (VLT) и целого ряда радиотелескопов по всему миру астрономы обнаружили и исследовали весьма необычную двойную звездную систему, которая состоит из самой массивной из известных на сегодня нейтронных звезд и обращающегося вокруг нее белого карлика. Эта странная парочка позволяет выполнить проверку теории гравитации Эйнштейна (ее еще называют общей теорией относительности) способами, которыми до сих пор это сделать было невозможно. Пока новые наблюдения в точности согласуются с предсказаниями общей теории относительности и не укладываются в альтернативные теории. Эти результаты появятся в выпуске журнала «Science» от 26 апреля 2013 года. Международная группа астрономов зарегистрировала экзотический двойной объект, состоящий из необычно массивной нейтронной звезды, которая вращается с частотой 25 оборотов в секунду, и белого карлика, облетающего вокруг нее за два с половиной часа. Нейтронная звезда является пульсаром, то есть излучает пульсирующие радиоволны, принимаемые радиотелескопами на Земле. Хотя эта необычная двойная звезда очень интересна и сама по себе, она к тому же представляет собой уникальную лабораторию, в которой можно тестировать физические теории. Пульсар, который имеет обозначение PSR J0348+0432, является остатком взрыва сверхновой. Он вдвое тяжелее Солнца, но поперечник его всего 20 километров. Сила тяжести на его поверхности более, чем в 300 миллиардов раз превышает силу земного притяжения, а в его центре в кубике объемом с кусочек сахара помещается больше миллиарда тонн вещества. Звезда-компаньон, белый карлик, менее экзотичен; это тускло светящийся остаток гораздо более легкой звезды, которая потеряла свою атмосферу и медленно остывает. “Я наблюдал эту систему с телескопом ESO VLT в поисках переменности светового излучения белого карлика, вызванной его орбитальным движением вокруг пульсара”, -- говорит Джон Антониадис (John Antoniadis), аспирант Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Бонне, основной автор статьи. “Прикидки, выполненные прямо на месте, показали, что этот пульсар – настоящий тяжеловес. Он оказался вдвое тяжелее Солнца, и, значит, является самой массивной известной нам нейтронной звездой. А еще это великолепная лаборатория фундаментальной физики”. Общая теория относительности Эйнштейна, которая объясняет тяготение кривизной пространства-времени, созданной присутствием масс и энергий, с тех пор, как она почти сто лет назад была опубликована, подтверждалась всеми экспериментальными проверками. И все же в этой теории обнаруживаются глубокие противоречия [1]. Физики разработали несколько других теорий гравитации, предсказания которых отличаются от тех, которые дает общая теория относительности. Для некоторых альтернативных теорий различия между ними и теорией Эйнштейна могли бы проявиться только в крайне сильных гравитационных полях, найти которые в Солнечной системе невозможно. В этом отношении PSR J0348+0432 является поистине экстремальным объектом, даже в сравнении с другими пульсарами, которые уже использовались для точного тестирования Эйнштейновской общей теории относительности [2]. В столь сильных гравитационных полях малый прирост массы может вызвать большие изменения пространственно-временной структуры вокруг таких объектов. До сих пор астрономы не представляли себе, что могло бы происходить в окрестностях столь массивной нейтронной звезды, как PSR J0348+0432. Ее открытие, таким образом, дает уникальную возможность перенести тестирование гравитационных теорий на новую почву. Исследователи скомбинировали наблюдения белого карлика, выполненные на VLT, и высокоточную регистрацию времен прихода импульсов от пульсара радиотелескопами [3]. Столь тесная двойная система должна терять энергию, излучая гравитационные волны, а это в свою очередь должно вызывать очень малые изменения орбитального периода системы. Эти-то изменения и получаются несколько различными в общей теории относительности и в конкурирующих с ней теориях. “Наши радионаблюдения оказались такими точными, что мы смогли измерить изменения орбитального периода величиной в 8 миллионных долей секунды в год, что полностью соответствует предсказаниям теории Эйнштейна”, -- сообщает Пауло Фрейре (Paulo Freire), один из исследователей. Но это только начало детального изучения найденного уникального объекта. Со временем астрономы будут использовать его для проверки общей теории относительности с еще более высокой точностью. Примечания [1] Общая теория относительности не согласуется с другой великой физической теорией, созданной в XX столетии – с квантовой механикой. Кроме того, при определенных условиях, например, в центре черной дыры, она дает сингулярности – обращение некоторых параметров в бесконечность. [2] Первый двойной пульсар, PSR B1913+16, был открыт Джозефом Хутоном Тейлором-младшим (Joseph Hooton Taylor, Jr.) и Расселом Халсом (Russell Hulse), получившими за это в 1993 году Нобелевскую премию по физике. Они с высокой точностью измерили изменения свойств этого замечательного объекта и показали, что эти вариации в точности соответствуют потерям энергии на гравитационное излучение, предсказываемое общей теорией относительности. [3] В работе использованы данные, полученные на радиотелескопах в Эффельсберге, Аресибо и Грин Бэнк, а также с оптическими телескопами: Очень Большим Телескопом ESO (VLT) и телескопом Вильяма Гершеля.