К инвариантным моделям пульсарных данных в пространственно –временных координатных системах

1. К инвариантным моделям пульсарных данных в пространственно –временных координатных системах А.Е.Авраменко Пущинская радиоастрономическая обсерватория Физического института им. П.Н.Лебедева РАН RCDL’2009 Петрозаводск 17-21 сентября 2009 г.

2. 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 понаблюдениям пульсаров на несколько порядков уступают характеристикамэталонныхатомных 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

3. 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

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

5. 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 Форматы данных для топоцентрической (Table 5) и барицентрической (Table 6) моделей МПИ

6. Основные задачи • Показать, чтонаблюдаемые 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

7. 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

9. «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. Метрические свойства 4-мерного пространства (Принцип относительности, А.А.Логунов, 2006)

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

11. Инвариантность интерваловпульсарного времени в барицентрической и топоцентрической системах отсчета

12. Характер и величина отклонений наблюдаемого периода вращения пульсара не зависят от выбранной координатной системы и режимов наблюдений Относительные отклонения наблюдаемого периода вращения пульсара В1937+21 в топоцентрическойи барицентрической системах(исходные данные: Kaspy, Taylor, Ryba, 1994; 1,4 GHz; 2,4 GHz)

13. Сопоставление результатов наблюдений пульсара В1937+21 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

14. 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

15. Параметрическая модель интервалов в приложениях Сличение атомного эталона по пульсарному времени • По наблюдаемым отклонениям интервалов двух пульсаров В1937+21 и В1855+09 с помощьюпараметрической модели выявлены поправки измерительного атомного эталона с погрешностью 5-10 нс в 4-летнем промежутке наблюдений

16. 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