نبضات هولس-تايلور

يُعدّ النجم النابض هولس-تايلور (المعروف باسم PSR B1913+16 أو PSR J1915+1606 أو PSR 1913+16 ) نظامًا نجميًا ثنائيًا يتكون من نجم نيوتروني ونجم نابض يدوران حول مركز كتلتهما المشترك . وهو أول نجم نابض ثنائي يتم اكتشافه على الإطلاق.

تم اكتشاف النجم النابض بواسطة راسل آلان هولس وجوزيف هوتون تايلور الابن ، من جامعة ماساتشوستس أمهيرست في عام 1974. وقد حاز اكتشافهما للنظام وتحليله على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1993 "لاكتشاف نوع جديد من النجوم النابضة، وهو اكتشاف فتح آفاقًا جديدة لدراسة الجاذبية". ^{[ 7 ]}

باستخدام طبق أريسيبو بقطر 305 أمتار، رصد هولس وتايلور انبعاثات راديوية نابضة ، وبذلك حددا المصدر على أنه نجم نابض، وهو نجم نيوتروني سريع الدوران وذو مغناطيسية عالية . يدور النجم النيوتروني حول محوره 16.94 مرة في الثانية؛ وبالتالي فإن فترة النبضة هي 59.03 مللي ثانية .

بعد قياس توقيت النبضات الراديوية لفترة من الزمن، لاحظ هولس وتايلور وجود تباين منتظم في وقت وصولها. ففي بعض الأحيان، كانت تصل النبضات قبل الموعد المتوقع بقليل، وفي أحيان أخرى بعده. وقد تغيّرت هذه التباينات بسلاسة وبشكل متكرر، بفترة زمنية قدرها 7.7519 ساعة. وأدركا أن هذا السلوك متوقع إذا كان النجم النابض يدور في مدار ثنائي مع نجم آخر، والذي تأكد لاحقًا أنه نجم نيوتروني آخر. ^{[ 8 ]}

يدور النجم النابض ونجمه النيوتروني المرافق في مدارات إهليلجية حول مركز كتلتهما المشترك. تبلغ دورة الحركة المدارية 7.7519 ساعة، ويُعتقد أن كتلة النجمين النيوترونيين متقاربة، حوالي 1.4 كتلة شمسية . وقد رُصدت انبعاثات راديوية من نجم نيوتروني واحد فقط.

يبلغ الحد الأدنى للمسافة بين النجم ونقطة الحضيض حوالي 1.1 نصف قطر شمسي ، بينما يبلغ الحد الأقصى للمسافة بين النجم ونقطة الأوج 4.8 نصف قطر شمسي. يميل المدار بزاوية 45 درجة تقريبًا بالنسبة لمستوى السماء. يتغير اتجاه نقطة الحضيض بمقدار 4.2 درجة تقريبًا سنويًا في اتجاه الحركة المدارية (الترنح النسبي لنقطة الحضيض). في يناير 1975، كان اتجاه نقطة الحضيض عموديًا على خط الرؤية من الأرض. ^{[ 2 ] [ 9 ]}

تناقص مدار النظام الثنائي منذ اكتشافه، بما يتوافق تمامًا مع فقدان الطاقة الناتج عن موجات الجاذبية الموصوفة في نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين . [ ^{2 ] [ 9 ] [ 11 ] [ 12 ] وقد} حُسبت نسبة معدل التناقص المداري المرصود إلى المتوقع لتكون 0.997 ± 0.002. ^{[ 12 ]} وتُقدر القدرة الإجمالية لموجات الجاذبية المنبعثة من هذا النظام حاليًا بـ 7.35 × 10²⁴ ^واط . وللمقارنة، تُمثل هذه القدرة 1.9% من القدرة الضوئية المنبعثة من الشمس . يُشع النظام الشمسي حوالي 5000 واط فقط من موجات الجاذبية، نظرًا للمسافات الكبيرة وفترات الدوران الطويلة، خاصةً بين الشمس والمشتري ، وصغر كتلة الكواكب نسبيًا.

مع هذا الفقد الكبير نسبياً للطاقة الناتج عن الإشعاع الجاذبي، يبلغ معدل انخفاض الفترة المدارية 76.5 ميكروثانية في السنة، ومعدل انخفاض نصف المحور الأكبر 3.5 متر في السنة، ويبلغ العمر المحسوب حتى الوصول إلى مرحلة الاقتراب النهائي 300 مليون سنة. ^{[ 2 ] [ 12 ]}

في عام ٢٠٠٤، نشر تايلور وجويل إم. وايزبرغ تحليلًا جديدًا للبيانات التجريبية المتوفرة حتى ذلك الحين، وخلصا إلى أن التباين البالغ ٠.٢٪ بين البيانات والنتائج المتوقعة يعود إلى عدم دقة المعلومات المتوفرة عن الثوابت المجرية، بما في ذلك بُعد الشمس عن مركز المجرة ، والحركة الذاتية للنباض، وبُعده عن الأرض. وبينما تُبذل جهود لتحسين قياس الكميتين الأوليين، فقد رأيا "ضآلة احتمالية تحقيق تحسن ملحوظ في معرفة بُعد النباض"، لذا سيكون من الصعب الوصول إلى حدود أدق. كما رسم تايلور ووايزبرغ خريطة لبنية شعاع النباض ثنائية الأبعاد، مستفيدين من حقيقة أن ترنح النظام يؤدي إلى أشكال نبضات متغيرة. ووجدا أن شكل الشعاع ممتد عرضيًا، ومضغوط طوليًا بالقرب من المركز، مما يؤدي إلى شكل عام يشبه الرقم ثمانية. ^{[ ١٠ ]}

في عام 2016، نشر وايزبرغ وهوانغ نتائج إضافية، لا تزال بها فجوة بنسبة 0.16%، ووجدا أن نسبة القيمة المرصودة مقارنة بالقيمة المتوقعة كانت 0.9983 ± 0.0016. ^{[ 13 ]} ويعزو الباحثان السبب الرئيسي لهذا التحسن، من تباين 1.8σ إلى 1σ، إلى تحسين الثوابت المجرية التي نُشرت في عام 2014.

• كتلة الرفيق: 1.387 _كتلة شمسية 
• الكتلة الإجمالية للنظام: 2.828378(7) M _☉ 
• الفترة المدارية: 7.751938773864 ساعة
• الانحراف: 0.6171334
• المحور شبه الرئيسي : 1,950,100  كم
• المسافة الفاصلة بين البيريسترون: 746,600  كم
• المسافة الفاصلة بين نجمي أبسترون: 3,153,600  كم
• السرعة المدارية للنجوم عند نقطة الحضيض (بالنسبة لمركز الكتلة): 450  كم/ث
• السرعة المدارية للنجوم عند الأوج (بالنسبة لمركز الكتلة): 110  كم/ث

• اختبارات النسبية العامة
• الجدول الزمني لفيزياء الجاذبية والنسبية