Движение небесных тел, как правило, очень точно описывается законами классической механики. Даже в хаотических системах, таких как пояс астероидов или пояс Койпера, сложность заключается в огромном количестве тесно взаимодействующих объектов, а не в законах природы. Разумеется, есть и исключения – например, аномальная прецессия орбиты Меркурия объясняется только с позиции Специальной Теории Относительности. Однако, влияние релятивистских поправок в орбиту самой маленькой планеты нашей системы совсем невелик – всего лишь 43 угловых секунды за столетие.
Между тем, во Вселенной есть места, где привычные нам законы классической механики неприменимы. Давайте же познакомимся с одним из них.
Двойной пульсар
На расстоянии от 3000 до 4500 св. лет от нас расположен удивительный объект, известный как PSR J0737−3039. Он представляет собой двойной пульсар, компоненты которого удалены друг от друга всего на 800 тыс. км. – это почти в два раза меньше диаметра Солнца. Из-за столь малого расстояния, скорость взаимного движения обоих пульсаров очень велика и превышает 300 км/с, а полный оборот система делает за 2,45 часа.
Первый компонент системы на 34% массивнее Солнца и совершает вокруг собственной оси. 44 оборота в секунду Второй же пульсар немного меньше и заметно медленнее. Его масса составляет 1,25 от солнечной, а период собственного вращения равен 2,77 с.
Аномалии
Столь стремительное движение небесных тел приводит к ряду необычных явлений. Во-первых, периастр их взаимной орбиты смещается на 17° каждый год – в 140 тыс. раз сильнее, чем в случае Меркурия. Это самое сильное релятивистское смещение среди всех известных нам систем.
Во-вторых, PSR J0737−3039 постоянно теряет энергию за счет излучения гравитационных волн. Это явление происходит во всех звездных системах, но обычно оно слишком мало, чтобы его можно было надежно измерить. В данном же случае, расстояние между компонентами неуклонно снижается на 7 мм ежедневно. Расчеты показывают, что через 85 млн лет пульсары сольются воедино, образовав черную дыру или массивную нейтронную звезду.
В-третьих, когда компонеты сближаются, период их собственного вращения уменьшается на 0,38 мс. Это происходит из-за эффекта замедления времени, предсказанного Теорией Относительности.
В-четвертых, в моменты взаимных затмений гравитация ближнего объекта замедляет проходящий мимо него сигнал от второго тела, что также соответствует уравнениям ОТО.
В-пятых, взаимное гравитационное влияние вызывает аномальное смещение осей собственного вращения пульсаров. Наблюдения показывают, что ось более массивного компонента PSR J0737−3039 А смещается примерно на 5° в год и сделает полный оборот примерно через 75 лет.
Перечисленные явления наблюдаются у всех двойных пульсаров, однако именно у данной системы они проявляются особенно заметно. Поэтому она является очень удобным инструментом для проверки положений Теории Относительности. Пока что, расчеты, основанные на ней, успешно подтверждаются наблюдениями, что является ключевым критерием истинности научной теории.
________________