バイナリーパルサー
連星パルサーとは、連星を持つパルサーのことで、白色矮星や中性子星であることが多い。少なくとも、PSR J0737-3039のような二重パルサーでは、伴星が別のパルサーであることがあります。
バイナリーパルサーは、強い重力場が存在する場合に一般相対性理論を検証することができる数少ない天体の一つである。パルサーの伴星は通常観測が困難か不可能であるが、パルサーからのパルスのタイミングは電波望遠鏡によって極めて正確に測定することが可能である。バイナリー・パルサーのタイミングは、間接的に重力放射の存在を確認し、アインシュタインの一般相対性理論を検証した。
相対性理論
2つの物体は絶対的に円形の軌道を描くわけではなく、事実上常に楕円形の軌道を描く。つまり、1周のうち2回は最も近づき、2周のうち2回は最も遠ざかるのです。これは、地球と太陽の場合は明らかですが、もっと広い範囲に当てはまります。
二つの天体が近づくと重力場が強くなり、時間の流れが遅くなる。パルサーでは、パルス（目盛）の間隔が長くなる。パルサー時計は、場の最も弱い部分をゆっくりと進むにつれて、時間を取り戻します。これが相対論的時間遅延である。これは、パルサーが伴星の周りを一定の距離と速度で動いている場合に見えると予想されるものと、実際に観測されるものとの差である。
バイナリーパルサーは、科学者が重力波の証拠を検出できる数少ない手段の一つである。アインシュタインの一般相対性理論では、2つの中性子星が共通の質量中心を公転する際に重力波を放出し、それが軌道のエネルギーを奪って2つの星を接近させると予測している。2つの恒星が互いに近づくと、しばしば一方のパルサーが他方のパルサーから物質を吸収し、激しい降着現象が起こる。このような相互作用により、恒星間で交換されるガスが加熱され、X線光が発生し、脈動しているように見えるため、連星パルサーはX線連星と呼ばれることがあります。このように恒星から恒星への物質の流れを降着円盤と呼びます。ミリ秒パルサーは一種の「風」を起こし、連星パルサーの場合は中性子星の磁気圏を吹き飛ばし、パルス放射に劇的な影響を与えることがある。
歴史
最初の連星パルサーであるPSR B1913+16（ハルス・テイラー連星パルサー）は、1974年にジョセフ・テイラーとラッセル・ハルスによってアレシボで発見され、この功績により1993年にノーベル物理学賞を受賞した。この星系からのパルスは、発見以来、不具合なく15μs以内で追跡されています。
1993年のノーベル賞は、このような星を2つ発見したジョセフ・テイラーとラッセル・ハルスに贈られた。ハルスはPSR B1913+16と名付けられた新しいパルサーを観測していたとき、そのパルサーの周波数が変動していることに気づきました。その結果、このパルサーが他の星を高速で周回しているというのが、最も単純な説明であると結論づけられた。ハルスとテイラーは、このパルスの揺らぎを観測することによって、その星が同じように重いと判断し、もう一つの空間的な天体も中性子星であると信じるに至ったのである。
この星系の軌道の崩壊を観測したところ、アインシュタインの方程式とほぼ完全に一致した。相対性理論では、連星系の軌道エネルギーは時間とともに重力放射に変換されると予言されている。テイラー氏らが収集したPRS B1913+16の公転周期のデータは、この相対論的な予測を裏付けるものでした。彼らは1983年に、軌道間隔が一定である場合に予想される2つのパルサーの最小間隔と比較して、観測された間隔に差があることを報告しました。発見から10年の間に、この星系の公転周期は1年に約7600万分の1秒ずつ短くなっていたのです。これは、パルサーが最大分離に近づくのが、軌道が同じであった場合よりも1秒以上早くなったことを意味する。その後の観測でも、この減少は続いている。
連星系PSR B1913+16が重力波放射によってエネルギーを失ったときの、近日点周期の累積的な変化（単位：秒）。赤い点は実験データ、青い線は相対性理論で予測されるシフト量。
質問と回答
Q:連星パルサーとは何ですか?
A:連星パルサーとは、白色矮星や中性子星などの連星伴星を持つパルサーのことを指します。
Q:連星パルサーの伴星は何ですか?
A: 連星パルサーの伴星は、白色矮星や中性子星であることが多いですが、少なくとも1つのケース（二重パルサーPSR J0737-3039）では、伴星は別のパルサーでもあります。
Q: 連星パルサーの物理学上の意義は何ですか?
A: 連星パルサーは、物理学者が強い重力場がある場合の一般相対性理論を検証することができるため、物理学上重要です。
Q: 連星パルサーの伴星を観測することはできるのでしょうか?
A: 通常、パルサーの伴星を観測することは困難か不可能です。
Q: 連星パルサーのパルスのタイミングはどのように測定するのですか?
A: 連星パルサーのパルスのタイミングは、電波望遠鏡によって非常に高い精度で測定することができます。
Q: 連星パルサーのタイミングは間接的にどのように確認されているのですか?
A:連星パルサーのタイミングは、重力放射の存在を間接的に確認しています。
Q:バイナリーパルサー・タイミングはどのような理論を検証しているのですか?
A: バイナリーパルサーはアインシュタインの一般相対性理論を検証しています。
