Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
причины изменений периода. Поскольку все проверки гравитационной теории,
обсуждаемые в этой главе, апеллируют к обнаружимым изменениям как
орбитального, так и собственного периодов пульсара, мы дадим здесь обзор
причин изменений обоих этих периодов (табл. 11).
Приливная диссипация. Приливы, возникающие на компаньоне из-за
гравитационного поля пульсара, должны приводить к изменению орбитальной и
вращательной энергии из-за нагрева за счет вязкости (соответствующими
приливами, возникающими на пульсаре, можно пренебречь вследствие его
малого размера). Темп изменения периода, обусловленного этой диссипацией,
дается соотношением [200, 2201
Х<р>13 ГОД-1,
где <[1>13—усредненный коэффициент вязкости в единицах 101Ягх Хсм-,-с-\ R
и т — радиус и период собственного вращения компаньона соответственно.
Отсутствие затмений при наблюдениях
0 Согласно измерениям Вайсберга и Тейлора [254], изменение периода
обращения двойного пульсара подтверждает формулу для мощности
гравитационного Излучения ОТО с погрешностью около 15%Прим. ред.
* Wk 1230
66
К. М. Уилл
Сравнение вековых эффектов Таблица И в периодах двойного пульсара
Эффгкт [Р/Р]пульсара, год-1 [Р/Р‘] орбит, ГОД-1
Проверки гравитационной теории Гравитационное излучение Пренебрежимо
2-10-»
Квадрупольное, согласно общей
теории относительности мало
Дипольное Пренебрежимо мало 3-10-7
Нарушение законов сохранения Конкурирующие аффекты Приливная диссипация
4-10-7 4-10-7
Нейтронная звезда или черная Пренебрежимо Пренебрежимо
дыра в качестве компаньона мало мало
Белый карлик, гелиевая звезда в Пренебрежимо Неопределенно а
качестве компаньона мало
Потеря массы Неопределенна < ю-14
Ускорение, связанное с распределением масс в Галактике 2.10-» 2-10-
»
Наблюдаемые значения (2о) (4,6±0,2).10-* (3,6 ± 0,7) -10“»
(Тейлор и др., 1976 (Тейлор, сообщение
[188] на «Техасском> симпозиуме в Мюнхене, 1978)
* См. предшествующее обсуждение.
сигнала от пульсара указывает на то, что /?< 10* км [187]. Если причиной
диссипации является молекулярная вязкость, то <[i>i3< < 10-10 и приливная
диссипация вызывает крайне незначительные изменения орбитального периода.
Однако если компаньоном пульсара является белый карлик или гелиевая
звезда, то вызванные приливными силами макроскопические сдвиговые
движения [231] или турбулентность в атмосфере [203] могли бы приводить к
Магнитная вязкость в белом карлике могла бы приводить к <|x>i3~ ~105
[200].
Вращение Галактики. Поскольку Галактика вращается неоднородно,
относительная скорость Солнечной системы и двойной системы меняется вдоль
луча зрения как функция времени. Возникающее в результате переменное
доплеровское смещение приводит к наблюдаемым изменениям как собственного,
так и орбитального периодов пульсара; однако оценки месторасположения и
расстояния до пульсара вместе с общепринятым законом вращения Галактики
дают [204, 220]
I KlPb I = I К/Pp I - 2 -10-» год"*.
I. Теория гравитации и эксперимент
67
Потеря энергии. Испускание из пульсара энергии в различных формах
(частицы, электромагнитное излучение и т. д.) приводит к уменьшению
кинетической энергии вращения пульсара и тем самым к увеличению его
периода:
dEldt = - 1(2п/РрУ Рр/Рр,
где dEldt — темп потери энергии, / — момент инерции пульсара. Орбитальный
период тоже меняется, темп этого изменения равен
РЬ1РЬ = — у щ/т,
где т1—масса пульсара. Однако поскольку dE/dt^tdmJdt, мы можем написать
Рь/Р„ ^ 1 • 10-в (m/2,83m0)-> /45 (Рр/Рр), где /15=//1045 г-см2.
Поскольку наблюдаемая величина Рр/Рр меньше чем 10-8 год-1 (табл. 11), то
величина Рь/Рь за счет потери энергии должна быть меньше 10-14 год-1.
б. Проверка существования дипольного гравитационного излучения
Как уже отмечалось в п. 4.3, большинство теорий гравитации, отличных от
общей теории относительности, предсказывают существование дипольного
гравитационного излучения. Поскольку величина этого эффекта в двойной
системе зависит от собственных гравитационных энергий связи двух тел, то
двойная система — это идеальный объект для проверки существования
дипольного излучения. Согласно общей теории относительности, энергии
связи нейтронных звезд могут достигать половины от их масс покоя, а в
других теориях эти энергии связи еще больше, так что эффект дипольного
излучения, если он имеет место, приводил бы к более быстрым изменениям
периода, чем общерелятивистский эффект квадрупольного излучения.
Предсказываемый темп изменения периода, усредненный по орбите [ср. с
(16)], определяется соотношением [182, 184]
Рь/Рь = ~ (2"W (1 + Т в*) (1
Для двойного пульсара это дает
Рь/Рь = - (3,1 • 10-) xD (S/0,1)2 ((i/m©) год-».
Верхний предел на Рь/Рь> полученный из наблюдений, равен Ю-7 год-1 (табл.
11). Воспользовавшись этим фактом, можно установить предел для параметра
xD и тем самым проверить альтернативные теории, перечисленные в табл. 8,
но вследствие неопределенности масс компонент и неопределенности в
отождествлении
з»
68
