有谁告诉我双脉冲星是怎么回事

双脉冲星是怎么形成的~

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脉冲星，就是变星的一种。脉冲星是在1967年首次被发现的。当时，还是一名女研究生的贝尔，发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。经过仔细分析，科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星。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”。
1968年有人提出脉冲星是快速旋转的中子星。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。质量不够大(约数倍太阳质量)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；原天关客星，SN 1054）确实也发现了一个周期约0.033s的脉冲星。
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。 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。

两颗中子星，其中一颗是脉冲星，沿轨道相互绕对方运动而成的双星系统，叫作脉冲双星。这个名词也用来代表绕任一其他恒星。现在已知的脉冲双星达到120个。但天文学家将名词‘该脉冲双星’保留给第一个被发现的脉冲双星，根据它在天体表中编号又称为PSR 1913+16（PSR代表脉冲星）。这个脉冲双星提供了对爱因斯坦广义相对论迄今最精确的检验。
1974年，美国的拉塞尔·艾伦·赫尔斯和约瑟夫·胡顿·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。

双脉冲星的发现
2003年年末《科学》杂志评出了科学十大突破，天文学家发现了一对中子星的轨道相互交错，并且发出辐射光线。这两颗中子星都是脉冲星。对这组旋转天体的深入研究将能为爱因斯坦的引力波理论提供最为严格的实验。天文学家希望通过对辐射光线的研究，能获知一颗中子星内部物质的密度大小。
自从人类进化到两脚着地头顶蓝天以后，神秘的星空就使无数的人为它痴迷，它的魅力无穷无尽，吸引着一代又一代的人一直坚持不懈的探索着。至今为止，人类已经了解了很多关于它的知识。在2004年，天文学家又取得了突破性进展，天文学家发现了由一对高速旋转的脉冲星组成的双星，名字叫PSRJ0737-3039A/B，这被称为人类研究中子星36年来一个“分水岭”式的发现。
“与1974年发现的名为PSR1913+16脉冲双星相比，这一双脉冲星系统的轨道周期更短，引力辐射更强，是一个更理想的引力波实验室。双星系统中的两颗星都是脉冲星，又成为研究两个脉冲星之间相互影响的实验室。这都意味着这次发现的双脉冲星系统具有新的特点和更高的研究价值。”北京大学天文系教授吴鑫基说。

双脉冲星系统的特征
吴鑫基教授说，“从演化的角度来说，产生双星，即双中子星系统的几率比较小，双脉冲星系统更少。要形成双中子星系统，两颗恒星的质量都要求比较大。并且，第二颗恒星演化到超新星爆发时，往往在产生第二颗中子星的同时使这个双星系统瓦解，只有少数能够形成双中子星系统。这次发现的双脉冲星系统不但没有瓦解，还是由一个毫秒脉冲星(A星-周期22毫秒)和一个正常脉冲星(B星-周期2.27秒)组成，A星年龄老、转速快、磁场弱；B星年轻，转速慢、磁场强。正好与毫秒脉冲星产生的理论模型符合。”
·新星十年鹊桥一“相会”

据了解，中子星并合事件会产生非常强烈的引力波，有可能被地球上最灵敏的引力波探测器发现。物理学家期待有一天能接收到来自宇宙空间两个中子星并合事件发出的引力波。新发现的双脉冲星系统的轨道周期比PSR1913+16要短3倍多，将在更短的时间发生并合。
“按1974年发现的PSR1913+16情况计算，要100年才有可能发生一次双中子星并合事件，而按新发现的双脉冲星系统情况计算，大约十年就可以发生一次并合事件。科学家等待发生中子星并合事件发生，更有盼头。”
吴教授说，这对双星的轨道周期仅为2.4小时，轨道比较圆，椭率为0.088,平均速度达到0.1%%光速，A星质量为1.337太阳质量，伴星质量为1.251太阳质量。两个脉冲星彼此距离比PSR1913+16更近，引力辐射更强，一年就可以观测到轨道明显的变化。

双脉冲星与引力波探测研究
“在地球上，物理学家设计了好多种专门仪器，希望能接收到来自宇宙空间的引力波。半个多世纪过去了，一直没有成功。”吴教授说。
1974年射电脉冲双星的发现曾为引力波的探测带来希望。
美国的赫尔斯和泰勒教授发现的这个双星是由两个中子星组成，它的轨道周期很短，仅7.75小时。轨道是椭圆的，椭率很大，达到0.617。这导致其轨道速度最高时可达到十分之一光速。两个中子星很近，有很强的引力辐射。引力辐射可以导致两颗中子星越来越靠近，轨道周期越来越短。广义相对论理论已经把轨道周期的变化率精确的计算出来。要检测引力波的存在，最重要的是通过观测精确的测量出射电脉冲双星轨道周期的变化。泰勒等人利用世界上最大的射电望远镜进行了上千次的观测，为人类证实引力波存在提供了证据。
为此，赫尔斯和泰勒获得1993年的诺贝尔物理学奖。
“而对新发现的双脉冲星系统观测将为爱因斯坦的广义相对论和引力波理论提供迄今最严格的检验。”吴教授说。
爱因斯坦1916年在他的广义相对论中预言：宇宙空间中可能有引力波存在。即，任何具有质量的物体作加速运动时都会产生引力波。引力波会对有质量的物体产生影响。
·三大研究新课题
吴教授介绍，除了进一步验证爱因斯坦引力波理论这个重大课题外，这次发现还有很新颖的研究课题。
第一个问题是，两颗脉冲星之间的相互作用。观测发现，在一个轨道周期的2.4小时中，B星仅仅在暂短的两个10分钟中才能被观测到，科学家猜想这是因为A星发出的“星风”对B星有影响，但是，为什么有如此大的影响？究竟是怎样影响的？还不清楚。
第二个问题是，两颗脉冲星的辐射都有可能通过其相伴的脉冲星的磁层，特别是B星的磁层比A星的磁层大100倍，更容易探测，探测结果将会怎样？非常吸引人。
第三点是，A星和B星的轨道进动都非常大，分别为每年75度和71度。轨道的进动将会导致我们观测到的脉冲轮廓形状发生变化，这将又是一个非常有吸引力的观测课题，这两颗脉冲星的脉冲轮廓形状会不会变？怎么变？我们将翘首以待。
在双脉冲星PSRJ0737-3039A/B发现以后，人们确实热情地期待着两颗脉冲星的脉冲轮廓形状会发生变化，甚至预言在2020年左右，PSRJ0737-3039A会由于轴线进动而从我们的视线中消失，但是，这几年的观测结果显示，预期的脉冲轮廓形状根本就没有发生变化，这对科学家的打击可是不小。预言的失败让我们感到，脉冲星的灯塔模型似乎存在着问题。有关细节请参见下面的参考资料。

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