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又一重要成果!FAST发现的毫秒脉冲星究竟是个啥?

2019-08-12 20:42:1378 ℃

出品:科普中国

制作:蕉叶

监制:中国科学院计算机网络信息中心

近日中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜(FAST)首次发现的毫秒脉冲星得到国际认证,这是 FAST 继发现脉冲星之后的另一重要成果。这颗毫秒脉冲星J0318+0253的周期为5.19毫秒。

又一重要成果!FAST发现的毫秒脉冲星究竟是个啥?

图1 新发现的毫秒脉冲星 PSR J0318+0253 位置和积分脉冲轮廓。(左图)PSR J0318+0253所在伽马射线巡天图像的位置;(右图a)FAST 一小时跟踪观测获得的射电波段积分脉冲轮廓;(右图b)折叠 Fermi-LAT 累积9年数据所获得的伽马光子积分脉冲轮廓。

啥是毫秒脉冲星?FAST之前找到的脉冲星又是啥?究竟还有多少我们不知道的脉冲星?

不了解脉冲星?戳这里补课:中国人第一次用自己的望远镜找到新脉冲星!FAST首秀实力不俗!(https://mp.weixin.qq.com/s/S1danGw8hMQYHWxgWkO23Q)

三类脉冲星 到底如何划分?

望远镜对准脉冲星进行观测,往往能收到周期性的脉冲信号。这也正是脉冲星名字的由来。而这个周期,就是脉冲星一个重要观测参数。有人可能要抢答了:毫秒脉冲星就是周期是毫秒量级的脉冲星。然而,事情并没有那么简单。

故事还是要从脉冲星的分类讲起。虽然脉冲星的分类和它的周期有关,但并不只是单单依据周期进行“一刀切”,而还要看周期变化率。

我们观测到的脉冲星信号,虽然在短时间内周期几乎看不出变化,但如果分析长时间的观测数据就会发现,它们的周期是会变化的。而周期变化的快慢,即周期变化率,也是脉冲星一个重要的观测量。

如果以脉冲星的周期为横轴,周期变化率为纵轴,在二维图上点出已知的脉冲星,那么将得到以下这么一张神奇的关系图。

又一重要成果!FAST发现的毫秒脉冲星究竟是个啥?

 图2 脉冲星“周期/周期变化率”关系图。注意图中横轴使用了对数坐标,纵轴虽然是线性坐标,但数值是取对数之后的。图片来自《脉冲星天文学》(英文)一书。

大家可以看到,图上的标记大致分成了三块。

中间主要由黑色点组成的一块数量最多,我们有时统称其为“正常脉冲星”,周期大概在0.5秒左右。周期变化率则说明每隔一秒这些脉冲星的周期就会缩短大概10的-15次方秒。

右上角有少量空心三角形抱团。观测表明这些脉冲星的磁场比较强大,所以我们称它们为“磁星”。磁星的周期比正常脉冲星要长一些,周期更不稳定(周期变化率更大)。

左下角主要由带圆圈黑点组成的一坨,就是今天的主角——毫秒脉冲星。这些脉冲星的周期大部分在10毫秒以下,同时它们的周期变化率比正常脉冲星小了约十万倍。

毫秒脉冲星是从正常脉冲星变来的?!

从上图可以看到,如果单纯以周期“一刀切”,那么有一小部分的正常脉冲星(主要是正常脉冲星左上角部分)也会被划分到毫秒脉冲星里面。

觉得文字看的晕的直接看下图。

又一重要成果!FAST发现的毫秒脉冲星究竟是个啥?

图3 三类脉冲星分布示意图。

为啥要在意小部分正常脉冲星是否被错误地划分到毫秒脉冲星里面呢?

因为这两者的性质不一样啊!

我们看到,图上用了不用的符号来表示脉冲星。不用的符号代表了对应的脉冲星带有附加属性。带圆圈黑点是处于双星系统中的脉冲星;五角星是和超新星遗迹挨在一起的脉冲星;空心三角是伽马或X射线观测到的脉冲星;实心三角是在射电波段没有辐射的脉冲星。

这里只说说其中的两类:双星系统中的脉冲星,及与超新星遗迹一起的脉冲星。

仔细观察脉冲星“周期/周期变化率”关系图,我们会发现那些与超新星遗迹在一起的脉冲星(五角星)都集中在正常脉冲星左上角。脉冲星诞生于超新星爆炸,而超新星遗迹就是爆炸遗留下来的气体。著名的蟹状星云就是一个超新星爆炸遗迹,而星云中间还有一颗著名的脉冲星,即蟹状星云脉冲星。

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