脉冲星

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蟹狀星雲脉冲星的X射线/可见光波段合成图像

脉冲星(Pulsar),是中子星的一種,為會週期性發射脈衝信號的星體。

发现[编辑]

1967年10月,剑桥大学卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory)的安東尼·休伊什(Antony Hewish)教授的研究生——24岁的乔丝琳·贝尔(Jocelyn Bell Burnell)检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号,它们的周期十分稳定,为1.337秒。起初她以为这是外星人“小绿人”(LGM)发来的信号,但在接下来不到半年的时间里,又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。后来人们确认这是一类新的天体,并把它命名为「脉冲星」。脉冲星与类星体宇宙微波背景辐射星际有机分子一道,并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。安東尼·休伊什教授本人也因脉冲星的发现而荣获1974年的诺贝尔物理学奖,尽管人们对贝尔小姐未能获奖而颇有微词。

脉冲星的特征[编辑]

錐形掃射

1968年有人提出脉冲星是快速旋转的中子星[1]。中子星具有强磁场,运动的带电粒子发出同步辐射,形成与中子星一起转动的射电波束。由于中子星的自转轴和磁轴一般并不重合,每当射电波束扫过地球时,就接收到一个脉冲

恒星在演化末期,缺乏继续燃烧所需要的核反应原料,内部辐射压降低,由于其自身的引力作用逐渐坍缩。质量不夠大(約數倍太陽質量)的恒星坍缩后依靠电子简并压力与引力相抗衡,成为白矮星,而在质量比这還大的恒星里面,电子被压入原子核,形成中子,这时候恒星依靠中子的简并压与引力保持平衡,这就是中子星。典型中子星的半径只有几公里到十几公里,质量却在1-2倍太阳质量之间,因此其密度可以达到每立方厘米上亿吨。由于恒星在坍缩的时候角动量守恒,坍缩成半径很小的中子星后自转速度往往非常快。又因为恒星磁场的磁轴与自转轴通常不平行,有的夹角甚至达到90度,而电磁波只能从磁极的位置发射出来,形成圆锥形的辐射区。

此為在持脈衝星便是中子星的證據中,其中一個便是我們在蟹狀星雲(M1;原天關客星,SN 1054)確實也發現了一個週期約0.033s的脈衝星。

脉冲星靠消耗自转能而弥补辐射出去的能量,因而自转会逐渐放慢。但是这种变慢非常缓慢,以致于信号周期的精确度能够超过原子钟[2][3] 而从脉冲星的周期就可以推测出其年龄的大小,周期越短的脉冲星越年轻。

毫秒脉冲星[编辑]

20世纪80年代,又发现了一类所谓的毫秒脉冲星,它们的周期太短了,只有毫秒量级,之前的仪器虽然能探测到,但是很难将脉冲分辨出来。研究发现毫秒脉冲星并不年轻,这就对传统的“周期越短越年轻”的理论提出了挑战。进一步的研究发现毫秒脉冲星与密近双星有关。

脉冲双星[编辑]

1974年,美国的拉塞尔·赫尔斯约瑟夫·泰勒发现了第一颗射电脉冲双星PSR 1913+16,它们是两颗互相环绕的脉冲星,轨道周期很短,仅为7.75小时。轨道的偏心率为0.617。当两颗子星相互靠得很近时,极强的引力辐射会导致它们的距离愈加靠近,轨道周期会逐渐变短。通过精确地测量射电脉冲双星轨道周期的变化可以检测引力波的存在,验证广义相对论。赫尔斯和泰勒也因此获得1993年的诺贝尔物理学奖

2003年4月,研究人员发现PSRJ0737-3039A的周期为22毫秒,并且在有规律地变化。人们认为这是一个罕见的双脉冲星系统,两颗子星都是脉冲星,并且辐射束都扫过地球。观测显示,这对双脉冲星系统的A星是一颗1.337太阳质量的毫秒脉冲星,周期22毫秒,B星是一颗1.251太阳质量的正常脉冲星,周期2.27秒。两颗子星相互环绕的轨道周期仅为2.4小时,轨道偏心率为0.088,平均速度达到0.1%光速。这个双脉冲星系统的发现为检测引力波的存在带来了新的希望。

命名规则[编辑]

脉冲星的命名由脉冲星英文pulsar的缩写PSR加上其赤经赤纬坐标组成。如PSR B1937+21,1937是指该脉冲星位于赤经19 h 37 m,+21是指其位于赤纬+21°,B意味着赤经赤纬值是归算到历元1950年的值。此外,J则表示赤经赤纬值是归算到历元2000年的值。

著名的脉冲星[编辑]

  • 人类发现的第一颗脉冲星:PSR1919+21,也就是上文贝尔小姐发现的那颗脉冲星,位于狐狸座方向,周期为1.33730119227秒。
  • 人类发现的第一颗脉冲双星:PSR B1913+16
  • 人类发现的第一个毫秒脉冲星:PSR B1937+21
  • 人类发现的第一颗带有行星系统的脉冲星:PSR B1257+12
  • 人类发现的第一颗双脉冲星系统:PSR J0737-3039

参阅[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Gold, T., Pacini, F., 1968, Astrophysical Journal, 152, L115. NASA ADS
  2. ^ Marissa Cevallos, Science News,"HOW TO USE A PULSAR TO FIND STARBUCKS"[1],Discovery News,Wed Nov 24, 2010 10:21 AM ET .
  3. ^ Angelo Tartaglia,Matteo Luca Ruggiero,Emiliano Capolongo,"A null frame for spacetime positioning by means of pulsating sources"[2],arxiv.org,Oct.10th 2010.

外部链接[编辑]