Pulsar binário

Dois objetos em órbita não o fazem em caminhos absolutamente circulares. os caminhos são virtualmente sempre elípticos. Portanto, duas vezes por circuito estão mais próximos, e duas vezes por circuito estão mais afastados. Isto é óbvio para a Terra e o Sol, mas a idéia se aplica muito mais amplamente.

Quando os dois corpos estão próximos, o campo gravitacional é mais forte e a passagem do tempo é retardada. Com pulsares, o tempo entre pulsos (ou carrapatos) é alongado. Como o relógio pulsar viaja mais lentamente através da parte mais fraca do campo, ele recupera o tempo. Este é um atraso de tempo relativista. É a diferença entre o que se esperaria ver se o pulsar estivesse se movendo a uma distância e velocidade constantes ao redor de seu companheiro, e o que é realmente observado.

Os pulsares binários são uma das poucas ferramentas que os cientistas têm para detectar evidências de ondas gravitacionais. A teoria da relatividade geral de Einstein prevê que duas estrelas de nêutrons emitiriam ondas gravitacionais ao orbitarem um centro de massa comum, o que levaria energia orbital e faria com que as duas estrelas se aproximassem. Como os dois corpos estelares se aproximam um do outro, muitas vezes um pulsar absorverá a matéria do outro, causando um violento processo de acreção. Esta interação pode aquecer o gás trocado entre os corpos e produzir luz de raio X que pode parecer pulsar, fazendo com que os pulsares binários sejam ocasionalmente chamados de binários de raio X. Este fluxo de matéria de um corpo estelar para outro é conhecido como um disco de acreção. Os pulsares de milissegundos (ou MSP's) criam uma espécie de "vento", que no caso dos pulsares binários pode soprar a magnetosfera das estrelas de nêutrons e ter um efeito dramático sobre a emissão do pulso.

O primeiro pulsar binário, PSR B1913+16 ou "Hulse-Taylor binário pulsar" foi descoberto em 1974 em Arecibo por Joseph Taylor e Russell Hulse, pelo qual eles ganharam o Prêmio Nobel de Física de 1993. Os pulsos deste sistema foram rastreados, sem falhas, para dentro de 15 μs desde sua descoberta.

O Prêmio Nobel de 1993 foi concedido a Joseph Taylor e Russell Hulse depois que eles descobriram duas dessas estrelas. Enquanto Hulse estava observando um novo pulsar, chamado PSR B1913+16, ele notou que a freqüência com que ele pulsava flutuava. Concluiu-se que a explicação mais simples era que o pulsar estava orbitando outra estrela muito de perto a uma alta velocidade. Hulse e Taylor determinaram que as estrelas eram igualmente pesadas ao observar estas flutuações de pulso, o que os levou a acreditar que o outro objeto espacial era também uma estrela de nêutrons.

As observações feitas sobre a decadência orbital deste sistema estelar coincidiram quase perfeitamente com as equações de Einstein. A relatividade prevê que, com o tempo, a energia orbital de um sistema binário será convertida em radiaçãogravitacional. Os dados coletados por Taylor e seus colegas do período orbital do PRS B1913+16 apoiaram esta previsão relativista. Eles relataram em 1983 que havia uma diferença na separação mínima observada dos dois pulsares em comparação com a esperada se a separação orbital tivesse permanecido constante. Na década seguinte à sua descoberta, o período orbital do sistema havia diminuído em cerca de 76 milionésimos de segundo por ano. Isto significa que o pulsar estava se aproximando de sua separação máxima mais de um segundo antes do que teria se a órbita tivesse permanecido a mesma. Observações subseqüentes continuam a mostrar esta diminuição.