Разработка пульсарной шкалы времени

Pulsars – Nature’s Stable Clocks

или

Идея создания (пассивного!) механо-оптического ротора в лаборатории как ключевого звена эталона частоты была давно известна: в 40-х годах XX века Dr. Jesse W. Beams (after in University of Virginia 1958-1960 he was president of American Physical Society) развил технику магнитной подвески железных роторов (рис ‘) в вакууме с чрезвычайно высокой стабильностью, для различных приложений в физике, гравитации, биологии и др[1].

В частности, ротор массой в вакууме с частотой вращения () имел время вращательной релаксации , т.е. соответствующая добротность , ! Основные источники, ограничивающие релаксацию: сейсмовибрация, трение об остаточный газ, току Фуко.

Но после открытия пульсаров (1968 г.), вращающихся, замагниченных нейтронных звезд, стало ясно, что в природе такие, почти идеальные роторы уже существуют.

После нескольких лет изучения феномена пульсаров была окончательно принята его модель: вращающийся радио маяк (см. рис.).

В настоящее время известно более 1000 таких объектов есть пульсары в составе двойных звезд, есть подкручиваемые (recycled) пульсары (еще более привлекательные как f-standard’s)

- Радио излучение пульсара - это случайный r.f фон shot noise, фильтрованный через спектральную сетку с частотно зависимой модуляцией интенсивности. Главная модуляция (для удаленного наблюдателя) – производится вращением звезды, образуя луч широкополосного ЕМ-шума, “чиркающий” по наземной антенне.

Радио телескопы могут регистрировать излучение пульсаров через весьма сложную процедуру: квадратичное детектирование огибающей, низкочастотная многоканальная фильтрация, когерентное накопление и т.д. Детали формы (и ее эволюции) импульса важны для изучения магнитосферы источника.

Для целей измерения (изучения) временных характеристик – эти детали можно игнорировать: - при всех отличиях, средняя форма сохраняется на временах ~ десятков лет (уже! по наблюдениям).

- Физика стабильности пульсарной частоты.

Пульсар – гигантский замагниченный вращающийся шар с , . Момент инерции , , магнитный момент (перпендикулярно оси вращения) , , период вращения.

Кинетическая энергия вращения

- это произведение сохраняется в процессе старения Пульсара, или .

Рисунок 2.1

Рисунок 2.2

Результаты наблюдений за (примерно 500 объектов) пульсарами дают следующее эмпирическое соотношение и (см. диаграмму из ноб. лекции Тейлора).

Для это соответствует эквивалентной добротности ! Или времени жизни .

Однако, есть подкрученные пульсары, компенсирующие потерю момента за счет аккреции вещества компаньона: их стабильность (долговременная) должна быть выше, хотя такая подкачка – тоже случайный процесс.

- Что такое тайминг пульсаров?

(Это процедура обработки пульсарного сигнала для введения пульсарной шкалы времени и измерения эффектов релятивистской гравитации).

Идея экспериментов по таймингу проста: надо измерить времена прихода пульсарных импульсов, пользуясь точной шкалой атомного времени (times of arrival → TOA).

На практике это оказывается весьма сложной фильтрационной задачей! Действительно:

Прежде всего, надо приписать каждому импульсу – время при хода, но у него сложная форма (за что цепляться?), ряды наблюдений не сплошные! (в перерывах пульсар может совершить . Целое число оборотов должно быть известно точно!

Рисунок 2.3

[1] J.W. Beams Scientific American. – 1961. – 204. – 134.

Дата добавления: 2014-01-20