Pulsar binario
Un púlsar binario es un púlsar con un compañero binario, a menudo una enana blanca o una estrella de neutrones. En al menos un caso, el púlsar doble PSR J0737-3039, la estrella compañera es también otro púlsar.
Los púlsares binarios son uno de los pocos objetos que permiten a los físicos poner a prueba la relatividad general en el caso de un fuerte campo gravitatorio. Aunque la compañera binaria del púlsar suele ser difícil o imposible de observar, la temporización de los pulsos del púlsar puede medirse con extraordinaria precisión mediante radiotelescopios. La temporización de los púlsares binarios ha confirmado indirectamente la existencia de la radiación gravitacional y ha verificado la teoría general de la relatividad de Einstein.
Relatividad
Dos objetos que orbitan no lo hacen en trayectorias absolutamente circulares. las trayectorias son prácticamente siempre elípticas. Así, dos veces por circuito están más cerca, y dos veces por circuito están más lejos. Esto es obvio para la Tierra y el Sol, pero la idea se aplica de forma mucho más amplia.
Cuando los dos cuerpos están cerca, el campo gravitatorio es más fuerte y el paso del tiempo se ralentiza. Con los púlsares, el tiempo entre pulsos (o ticks) se alarga. A medida que el reloj del púlsar viaja más lentamente a través de la parte más débil del campo, recupera el tiempo. Se trata de un retraso temporal relativista. Es la diferencia entre lo que uno esperaría ver si el púlsar se moviera a una distancia y velocidad constantes alrededor de su compañero, y lo que se observa en realidad.
Los púlsares binarios son una de las pocas herramientas que tienen los científicos para detectar pruebas de ondas gravitacionales. La teoría de la relatividad general de Einstein predice que dos estrellas de neutrones emitirían ondas gravitacionales al orbitar un centro de masa común, lo que arrastraría la energía orbital y haría que las dos estrellas se acercaran. A medida que los dos cuerpos estelares se acercan el uno al otro, a menudo un púlsar absorbe materia del otro, provocando un violento proceso de acreción. Esta interacción puede calentar el gas que se intercambia entre los cuerpos y producir una luz de rayos X que puede parecer pulsante, lo que hace que los púlsares binarios se denominen ocasionalmente binarios de rayos X. Este flujo de materia de un cuerpo estelar a otro se conoce como disco de acreción. Los púlsares de milisegundos (o MSP) crean una especie de "viento" que, en el caso de los púlsares binarios, puede hacer volar la magnetosfera de las estrellas de neutrones y tener un efecto dramático en la emisión de pulsos.
Historia
El primer púlsar binario, PSR B1913+16 o el "púlsar binario de Hulse-Taylor", fue descubierto en 1974 en Arecibo por Joseph Taylor y Russell Hulse, por lo que recibieron el Premio Nobel de Física en 1993. Los pulsos de este sistema han sido rastreados, sin fallos, con una precisión de 15 μs desde su descubrimiento.
El Premio Nobel de 1993 se concedió a Joseph Taylor y Russell Hulse tras descubrir dos estrellas de este tipo. Mientras Hulse observaba un nuevo púlsar, llamado PSR B1913+16, se dio cuenta de que la frecuencia con la que pulsaba fluctuaba. Llegó a la conclusión de que la explicación más sencilla era que el púlsar orbitaba muy cerca de otra estrella a gran velocidad. Hulse y Taylor determinaron que las estrellas eran igualmente pesadas al observar estas fluctuaciones de los pulsos, lo que les llevó a creer que el otro objeto espacial era también una estrella de neutrones.
Las observaciones realizadas sobre el decaimiento orbital de este sistema estelar coincidían casi perfectamente con las ecuaciones de Einstein. La relatividad predice que, con el tiempo, la energía orbital de un sistema binario se convertirá en radiación gravitatoria. Los datos recogidos por Taylor y sus colegas sobre el periodo orbital de PRS B1913+16 apoyaron esta predicción relativista. En 1983 informaron de que había una diferencia en la separación mínima observada de los dos púlsares en comparación con la esperada si la separación orbital hubiera permanecido constante. En la década siguiente a su descubrimiento, el periodo orbital del sistema había disminuido en unas 76 millonésimas de segundo por año. Esto significa que el púlsar se acercaba a su máxima separación más de un segundo antes de lo que lo habría hecho si la órbita hubiera permanecido igual. Las observaciones posteriores siguen mostrando esta disminución.
Desplazamiento acumulado del periodo del periastrón en segundos, para el sistema estelar binario PSR B1913+16 a medida que el sistema pierde energía por la emisión de ondas gravitacionales. Los puntos rojos son datos experimentales y la línea azul es el desplazamiento predicho por la relatividad.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un púlsar binario?
R: Un púlsar binario es un púlsar con una compañera binaria, a menudo una enana blanca o una estrella de neutrones.
P: ¿Qué es la estrella compañera de un púlsar binario?
R: La estrella compañera de un púlsar binario suele ser una enana blanca o una estrella de neutrones, pero al menos en un caso (el púlsar doble PSR J0737-3039), la estrella compañera es también otro púlsar.
P: ¿Qué importancia tienen los púlsares binarios en la física?
R: Los púlsares binarios son significativos en física porque permiten a los físicos probar la relatividad general en el caso de un campo gravitatorio fuerte.
P: ¿Es posible observar la estrella compañera de un púlsar binario?
R: Normalmente, la estrella compañera del púlsar es difícil o imposible de observar.
P: ¿Cómo se puede medir la temporización de los pulsos de un púlsar binario?
R: La temporización de los pulsos de un púlsar binario puede medirse con extraordinaria precisión mediante radiotelescopios.
P: ¿Qué ha confirmado indirectamente la temporización de los púlsares binarios?
R: La temporización de los púlsares binarios ha confirmado indirectamente la existencia de la radiación gravitatoria.
P: ¿Qué teoría ha verificado la cronometría de los púlsares binarios?
R: El cronometraje de púlsares binarios ha verificado la teoría general de la relatividad de Einstein.
