К инвариантным моделям пульсарных данных в пространственно –временных координатных системах А.Е.Авраменко Пущинская радиоастрономическая обсерватория Физического института им. П.Н.Лебедева РАН RCDL2009 Петрозаводск сентября 2009 г.

Возможности, состояние, перспективы астрометрических наблюдений пульсаров Пульсары – внеземные объекты, обладающие высокостабильной периодичностью импульсного излучения, – уникальная естественная лаборатория для экспериментальной проверки фундаментальных пространственно-временных свойств материи методами непосредственного измерения пульсарного времени в координатных системах отсчета Несмотря на оптимистичные прогнозы после открытия пульсаров (1967), достигнутые пределы точности по наблюдениям пульсар ов на несколько порядков уступают характеристикам эталонных атомных стандартов времени Для реализации потенциальных возможностей пульсаров в 4-мерной метрике пространства-времени требуется выявить устойчивые наблюдаемые признаки, которые напрямую определяются высокостабильным периодом вращения пульсаров

Особенности отображения измеряемых величин по наблюдательным пульсарным данным Разные, несопоставимые типы уравнений пульсарного времени : * в инерциальной Солнечной системе * в движущейся топоцентрической системе радиотелескопа на Земле Разные типы моделей и форматов наблюдательных данных в этих системах Следствия: Различный набор атрибутов для отображения пульсарных событий, наблюдаемых в разных системах Нет видимых признаков и количественных критериев для проверки согласованности наблюдаемых величин в разных системах: * как проверить соответствие наблюдаемых величин, если они относятся к разным системам и описываются разными уравнениями и моделями * насколько эквивалентны численные величины, измеренные в независимых системах

Уравнения для двух типов моделей наблюдательных данных В уравнениях (1) и (2) моментов импульсов пульсара, наблюдаемых на Земле и в Солнечной системе, нет ни одного общего параметра, относящегося к наблюдаемым величинам

Форматы данных для топоцентрической (Table 5) и барицентрической (Table 6) моделей МПИ В формате барицентрических моментов фигурируют только справочные значения периода вращения пульсара и его производной, которые никак не связаны с текущими наблюдательными данными; Численные форматы топоцентрических и барицентрических МПИ заданы с разной точностью (13 и 5 десятичных знаков соответственно); Остаточные уклонения определяются только в барицентрической системе, тогда как в топоцентрическом формате их нет Топоцентрическая система выполняет транзитную роль при трансформации наблюдательных данных в инерциальную барицентрическую систему

Основные задачи Показать, что наблюдаемые интервалы импульсного излучения пульсара могут быть выражены одними и теми же уравнениями, независимо от выбора координатной системы наблюдений Определить единую модель наблюдательных данных, которая соответствует инвариантным уравнениям интервалов импульсного излучения пульсара в любой системе наблюдений Привести форматы наблюдательных данных к единому виду, обеспечивающему сопоставление и надежное выявление присущих пульсарам характеристик в любой выбранной координатной системе

Подход к решению К архивным наблюдательным данным прошлых лет, по которым уже были получены оценки наблюдаемых характеристик пульсаров, применить принцип инвариантности уравнений физических процессов в координатных системах и найти параметрические зависимости наблюдаемых признаков и физических характеристик пульсаров Провести сопоставление результатов по параметрической модели данных и проверить согласованность наблюдаемых величин в разных координатных системах Определить достижимые характеристики пульсаров в 4-мерной метрике пространства-времени на основе инвариантных уравнений излучения пульсаров и параметрической модели данных

Метрические свойства 4-мерного пространства (Принцип относительности, А.А.Логунов, 2006) «Какую бы физическую систему отсчета мы ни избрали (инерциальную или неинерциальную), все физические явления протекают одинаково с исходной системой отсчета, так что мы не имеем и не можем иметь никаких экспериментальных возможностей различить, в какой именно системе отсчета мы находимся». Из постулата относительности следует: уравнения физических процессов во всех системах отсчета неизменны (форминвариантны); физические процессы, протекающие в этих системах при одинаковых условиях, тождественны; все естественные эталоны во всех системах отсчета одинаковы; значения и вариации наблюдаемого периода, отклонения интервалов пульсарного времени во всех системах отсчета одинаковы.

Параметризация наблюдаемых интервалов как необходимое условие инвариантности уравнений в координатных системах Наблюдаемые пульсарные события отображаются в виде интервалов, отсчитываемых от общего начала Интервалы определены наблюдаемыми параметрами вращения пульсара – периодом и его производной Уравнения интервалов пульсарных событий одинаковы в любой координатной системе

И нвариантность интервалов пульсарного времени в барицентрической и топоцентрической системах отсчета

Относительные отклонения наблюдаемого периода вращения пульсара В в топоцентрической и барицентрической системах (исходные данные: Kaspy, Taylor, Ryba, 1994 ; 1,4 GHz; 2,4 GHz ) Характер и величина отклонений наблюдаемого периода вращения пульсара не зависят от выбранной координатной системы и режимов наблюдений

Сопоставление результатов наблюдений пульсара В в топоцентрической и барицентрической системах (исходные данные: Kaspy, Taylor, Ryba, 1994) Расхождения отклонений интервалов, определяемых инвариантными уравнениями в двух системах (б, в), на 13 порядков меньше их абсолютной разности (а) и не выходят за пределы достижимых погрешностей измерений Экспериментально подтверждается соответствие наблюдаемых величин и тождественность параметрической модели данных в барицентрической и топоцентрической системах

Модифицированный формат наблюдательных пульсарных данных Форматы наблюдательных данных одинаковы в топоцентрической и барицентрической системах. Интервалы пульсарного времени в топоцентрической и барицентрической системах определены наблюдаемым периодом вращения пульсара, численные значения которого в каждой координатной системе совпадают

Параметрическая модель интервалов в приложениях Сличение атомного эталона по пульсарному времени По наблюдаемым отклонениям интервалов двух пульсаров В и В с помощью параметрической модели выявлены поправки измерительного атомного эталона с погрешностью 5-10 нс в 4-летнем промежутке наблюдений

Основные выводы и результаты Определена обобщенная параметрическая модель пульсарных данных, которая соответствует инвариантным уравнениям интервалов импульсного излучения пульсара в любой системе наблюдений; Показана тождественность параметрической модели пульсарных данных, которая согласуется с инвариантностью уравнений интервалов импульсного излучения пульсаров в координатных системах; Форматы пульсарных данных приведены к единому виду, определяемому наблюдаемыми параметрами вращения пульсара, численные значения которых совпадают для всех координатных систем ; Потенциальные возможности пульсаров в 4- мерной метрике пространства-времени реализуются только на основе единства модели и форматов наблюдательных данных, соответствующих инвариантным уравнениям интервалов пульсарного времени в координатных системах