什么是中子星的脉冲现象?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/21 20:39:58
什么是中子星的脉冲现象?
什么是中子星的脉冲现象?
什么是中子星的脉冲现象?
1967年10月,剑桥大学卡文迪许实验室的休伊什教授的研究生——24岁的乔丝琳·贝尔小姐在检测射电望远镜收到的信号时无意之中发现了一些有规律的脉冲信号,这些脉冲信号的周期十分稳定,为1.337秒.起初她以为这是地外智慧生命“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(Pulsar又称波霎).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”.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.
基本上我们相信脉冲星是大质量恒星在演化末期而形成的中子星.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.质量不够大(约数倍太阳质量)的恒星坍缩后依靠电子的简并压与引力相抗衡,成为白矮星,而在质量比这还大的恒星里面,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.这叫做简并中子态的恒星,又叫中子星.质量更大的恒星则坍缩成黑洞.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,因此其密度相当大,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,形成一个圆锥形的辐射区.因而中子星就好像是宇宙中快速旋转的灯塔,它发射的电磁波就好比是灯塔的光束.当光束扫射的方向恰好对着地球的时候,地球上的人们就观察到了急促而有规律的脉冲信号,这就是脉冲星.脉冲星的信号周期就是自转周期.
此为在持脉冲星便是中子星的证据中,其中一个便是我们在蟹状星云(M1)(中国宋朝所发现的超新星爆炸)确实也发现了一个周期约0.033s的波霎.
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.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.
20世纪80年代,由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.
1974年,美国的赫尔斯和泰勒发现了第一颗射电脉冲双星PSR1913＋1,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.
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
人类发现的第一颗毫秒脉冲星：PSR B1913+16
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：PSRJ0737－3039