Обобщенный метод треуголки и его применение для построения пульсарной шкалы времени

А. Е. Родин, В. А. Фёдорова

Труды ИПА РАН, вып. 62, 21–28 (2022)

DOI: 10.32876/ApplAstron.62.21-28

Ключевые слова: астрономические шкалы времени, относительная нестабильность, методы усреднения шкал, пульсары, гравитационно-волновой фон, осцилляции гравитационного потенциала

Аннотация

Пульсарная шкала является долговременной, единой, воспроизводимой и неуничтожимой для всех наблюдателей на Земле. Пульсары находятся вне Солнечной системы, поэтому они предоставляют единственную возможность независимой проверки шкал земного атомного времени, что невозможно при сравнении между собой только земных часов. Именно в этом, по мнению авторов статьи, видится главная ценность пульсарной шкалы времени. Работа посвящена методу отбора реперных пульсаров и построению высокостабильной и независимой от земных условий пульсарной шкалы времени. На основе данных пульсарного тайминга из проекта NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves), предназначенного для поиска низкочастотного гравитационно-волнового фона, была решена задача составления рейтинга, выбора реперных пульсаров и построения на их основе групповой пульсарной шкалы времени. Специально для этого был разработан новый метод, так называемый «обобщенный метод треуголки», сочетающий два подхода: 1) попарное сравнение хода индивидуальных пульсарных шкал; 2) построение групповых шкал на разных подвыборках трёх пульсаров и сравнение хода полученных шкал между собой. Разработанный метод позволяет выявлять пульсары, обладающие худшей стабильностью на длительных интервалах. Ход полученной групповой пульсарной шкалы в пределах погрешности $\sigma_{\mathrm{ept}}=0.077$ мкс совпадает с ходом шкалы TT(BIPM2017), относительная нестабильность на интервале 12 лет оценивается на уровне $\sigma_z=(1.0 \pm 0.9) \cdot 10^{-16}$. На основе величины относительной нестабильности получен верхний предел на относительную плотность энергии стохастического гравитационно-волнового фона, возникшего в ранней Вселенной, на уровне $\Omega_{\mathrm{g}} \mathrm{h}^2=10^{-13}$ на частоте $2.6 \times 10^{-10}$ Гц. Верхний предел амплитуды вариаций переменного гравитационного потенциала оценивается величиной $\Psi_{\mathrm{c}} \sim 10^{-16}$ на той же частоте. Полученная разработанным в статье обобщенным методом треуголки величина относительной нестабильности групповой пульсарной шкалы является минимальной на момент написания статьи. Её дальнейшее улучшение связано с кардинальным улучшением точности хронометрирования.

Цитирование