Meerkat 2021 pulsar timing workshop 学习笔记(一)

发布时间 2023-04-22 16:36:07作者: AmerySain

The joy of pulsars,by Prof Matthew Baile,Swinburne University of Technology

https://www.youtube.com/watch?v=qG_hMzTCEX4&t=988s

笔记不保证正确性(英语不行),最好观看原视频

 

1.引力天才们

伽利略,第一个把望远镜指向天空的人,发现了木星有卫星

开普勒,为行星绕太阳绕选给出了严谨的数学关系(开普勒定律)

牛顿,万有引力定律,证明了开普勒定律只是万有引力定律的自然表示

爱因斯坦,广相

2. 对比

木星可以大概放下一百个地球,太阳里面可以放下百万个地球

地球的密度实际上比太阳要高

太阳内部聚变,氢转化为氦

一颗蓝巨星的聚变,氦变成碳,最后会形成一个铁核,并爆炸(超新星爆发)

内部的电子会被压入,形成一颗中子星。(电子简并压无法支撑,由中子简并压对抗引力)

遗留的中子星可能有非常强的磁场,有穿过极冠的极强电压(incredible voltage across its splor caps)

电子被扯离(riped off)中子星的表面,形成灯塔一样的射电束

3.pulsars

一个例子,0437-4715(B OR J?),周期为5.757ms

脉冲首先到达望远镜的顶部(top end),然后再扫下来,这种延迟是因为脉冲经过宇宙空间时遭遇电子带来的(色散),我们可以通过反向研究脉冲的弯折(curvature of pulses)这种延迟搞清楚在观测者与脉冲星之间有多少电子

如果我们按照周期折叠信号,就可以得到所谓对的平均脉冲轮廓。

年轻的脉冲星通常而言旋转的更快,有更高的磁场强度(10^10- 10^12 gauss),磁场强度越强的脉冲星死得越快(为啥?辐射强度高所以丢失能量快吗)

毫秒脉冲星(MSPs),它们的磁场强度并不高,10^8-10^10gauss,但是旋转的速度非常快,它们大概可以活跃100亿年,这些脉冲星通常也被成为复活的脉冲星(resurrected pulsars,虽然平时看到的似乎是叫recycled pulsars),这些脉冲星形成,死亡并重新激活。

4.MSPs的诞生

宇宙的恒星通常成对出现,当一颗恒星的寿命走向终结的时候它变成红巨星,红巨星的一部分质量会被伴星捕获,在膨胀并失去部分的质量之后这颗恒星爆炸, 并留下一颗脉冲星遗留。通常这种诞生的轨道是椭圆形的,在很长的时间之后,脉冲星死亡,而原来那颗质量更小的伴星也开始膨胀并变成红巨星。红巨星表面的物质在达到一个所谓洛希极限的临界尺寸(critical dimension)后会更倾向于落入已经死亡的脉冲星并被束缚在脉冲星上,并形成一个吸积盘。(accretion disk)这些物质相互摩擦并损失能量,最后螺旋落向(spirals down)脉冲星。这些吸积盘是非常亮的,并发射X射线,用x射线望远镜进行观察的话,会发现我们的银河中这种系统实际上存在的相当多。当它们旋转到伴星的背后的时候就像发生了一次“X射线日食”,转回来的时候就又可以观测到X射线。我们可以大概测量到质量,伴星质量,很多早期的脉冲星就是这么发现的。这些吸积盘上的物质快速地旋转并加速了脉冲星,这就是死掉的脉冲星是如何“复活”的。吸积盘内的物质似乎会影响到脉冲星的磁场,所以MSPs的磁场强度非常低。

5.标准脉冲星轮廓(standard pulsar profile)

我们获得的脉冲轮廓可以看做是标准轮廓的偏移与噪声的结合

Ovservation(X) = Std profile(X - shift) + Noise(X)

世界上最出名的脉冲星之一,1913+16被russel发现,使用arecibo发现

这个脉冲星有一个偏心非常高的轨道,并画出了轨道偏心的图(如果是椭圆的轨道图会看起来像是正弦),两颗星在轨道近点的时候非常近。这两颗星近到绕选产生的引力所导致的轨道衰减可以被观察到。(每转3.1mm,获得诺奖的那个成果,后来LIGO观测到的引力波事件也是中子星并合)

(所以这和standard pulsar profile有啥关系?)

6.Meerkat

望远镜阵列,matthew是meer time project leader

四个主要目标,pulsar timing array, relativistic binaries, gc pulsars, thousand pulsar array

timing的精度量级在10^18(9)次方量级

7.一个脉冲星-白矮星双星系统为例的orbit

J1909-3744

超圆的轨道,偏心率e=0.000000114(10),半长轴和半短轴之间仅仅相差3.7微米

通过轨道相位的变化,可以看到光在经过白矮星时所多走过的光程,可以通过这个去测量伴星的质量(shapiro delay)

pulse jitter(?震动,是指星震吗)

8.双脉冲星

同样的,因为space-time的弯折所带来的的延迟依然是可以检测到的

在例子的双脉冲星系统里,一个脉冲星走到另一个脉冲星的后面,这颗脉冲星发射的脉冲星进入前体脉冲星的磁层里消失掉了

9.GC

球状星团,大概1m恒星围绕一个共同的质量中心,有很多的碰撞发生