ПСР Б1937+21
Данные наблюдений Эпоха J2000 Равноденствие J2000 | |
---|---|
Созвездие | Лиса [ 1 ] |
Прямое восхождение | 19 час 39 м 38.560210 с [ 2 ] |
Склонение | +21° 34′ 59.14166″ [ 2 ] |
Характеристики | |
Спектральный тип | Пульсар |
Астрометрия | |
Собственное движение (μ) | ДА: -0,130 [ 3 ] мас / Декабрь: -0,464 [ 3 ] мас / |
Параллакс (р) | <0,28 [ 2 ] ± 0,08 но |
Расстояние | >3600 [ 4 ] ПК |
Подробности | |
Вращение | 1,5578065 мс [ 2 ] |
Возраст | 2.29 × 10 8 [ 5 ] годы |
Другие обозначения | |
ПСР Б1937+214, 4C21.53, ПСР J1939+213 | |
Ссылки на базы данных | |
СИМБАД | Данные B1937+21 |
PSR B1937+21 — пульсар, расположенный в созвездии Лисички, в нескольких градусах неба от первого открытого пульсара PSR B1919+21 . [ 1 ] Название PSR B1937+21 происходит от слова «пульсар», а также склонения и прямого восхождения , в которых он расположен, причем буква «B» указывает на то, что координаты относятся к эпохе 1950.0 . PSR B1937+21 был открыт в 1982 году Доном Бэкером , Шри Кулкарни , Карлом Хейлсом , Майклом Дэвисом и Миллером Госсом . [ 6 ]
Это первый обнаруженный миллисекундный пульсар с периодом вращения 1,557708 миллисекунды , что означает, что он совершает почти 642 оборота в секунду. [ 7 ] Этот период был намного короче, чем астрономы считали способными достичь пульсаров, и привело к предположению, что пульсары могут раскручиваться за счет аккреции массы от компаньона. [ 8 ]
Вращение PSR B1937+21, как и других миллисекундных пульсаров, открытых позже, очень стабильно. Они способны отслеживать время так же, как и атомные часы . PSR B1937+21 необычен тем, что это один из немногих пульсаров, которые время от времени излучают особенно сильные импульсы. Плотность потока гигантских импульсов, излучаемых PSR B1937+21, представляет собой самое яркое радиоизлучение , когда-либо наблюдавшееся. Эти свойства PSR B1937+21 и его неожиданное открытие помогли оживить исследования пульсаров.
Фон
[ редактировать ]
Первый пульсар был открыт в 1967 году Джоселин Белл и ее научным руководителем Энтони Хьюишем с помощью Межпланетной сцинтилляционной решетки . [ 9 ] Вскоре после открытия пульсаров Франко Пачини и Томас Голд независимо друг от друга предположили, что пульсары — это сильно намагниченные вращающиеся нейтронные звезды , образующиеся в результате вспышки сверхновой в конце жизни звезд, массивнее которых примерно в 10 раз больше массы Солнца. . [ 10 ] [ 11 ] Излучение . пульсаров вызвано взаимодействием плазмы , окружающей нейтронную звезду, с ее быстро вращающимся магнитным полем Это взаимодействие приводит к излучению «по образцу вращающегося маяка», поскольку излучение распространяется вдоль магнитных полюсов нейтронной звезды. [ 11 ] Свойство пульсаров «вращающегося маяка» возникает из-за несовпадения их магнитных полюсов с полюсами вращения.
Открытие
[ редактировать ]В конце 1970-х годов радиоисточник 4C21.53 привлек внимание радиоастрономов « из-за аномально высокого уровня межпланетных мерцаний ». [ 12 ] Поскольку межпланетное мерцание связано с компактными радиоисточниками, наблюдения межпланетных мерцаний позволили предположить, что 4C21.53 может быть остатком сверхновой . [ 12 ] но исследование пульсаров, проведенное в обсерватории Аресибо в 1974 году Расселом Халсом и Джозефом Тейлором в этом регионе, не обнаружило пульсара, связанного с 4C21.53. [ 13 ] Поскольку найти пульсар в этом регионе не удалось, были исследованы другие объяснения мерцания, включая предположение о совершенно новых классах объектов. [ 14 ] Осознав в 1982 году, что предыдущие поиски пульсара в районе 4C21.53 не были чувствительны к достаточно коротким периодам , чтобы вызвать наблюдаемое мерцание, Дон Бэкер начал поиск в области, которая была бы чувствительна к широкому диапазону периодов импульсов и меры дисперсии , включая очень короткие периоды. [ 15 ] Первоначальный план поиска заключался в том, чтобы производить выборку с частотой 500 Гц, что было бы недостаточно быстро для обнаружения пульсара, вращающегося с частотой 642 Гц. Чтобы упростить поисковый аппарат, тогдашний ученик Бэкера, Шри Кулкарни , производил выборку настолько быстро, насколько это было возможно, и усреднял сигнал по времени за период 0,4 миллисекунды, таким образом эффективно осуществляя выборку с частотой 2500 Гц. [ 5 ] В результате Бэкер и др. в ноябре 1982 года определили, что источником является пульсар, вращающийся каждые 1,558 миллисекунды, что намного превосходит все ожидания астрономов, изучающих пульсары. [ 5 ] [ 7 ]
Характеристики
[ редактировать ]Возраст и скорость замедления
[ редактировать ]Когда Бэкер и др. сообщили о своем открытии в ноябре 1982 года: они обнаружили, что период вращения PSR B1937+21 увеличивался со скоростью 3 × 10 -14 секунд в секунду. [ 7 ] Ожидается, что пульсары со временем замедлятся, поскольку излучаемая ими энергия в конечном итоге черпается из энергии вращения пульсара. Используя первоначально наблюдаемые значения периода и скорости замедления вращения и предполагая минимальный период пульсаров в 0,5 миллисекунды, максимальный возраст PSR B1937+21 оказался около 750 миллионов лет. [ 8 ] Оценка минимально возможного периода получается из предела центробежного распада, который представляет собой период вращения, при котором центробежная сила и собственная гравитация пульсара равны. [ 16 ] Значение минимального периода вращения зависит от нейтронной звезды уравнения состояния , причем разные модели дают значения от 0,3 до 1 миллисекунды, что соответствует частоте вращения 1–3 килогерца . [ 17 ] [ 18 ] Могут существовать механизмы, такие как гравитационное излучение , которые удерживают пульсар от достижения этого абсолютного предела. [ 16 ] но пульсары не могут вращаться быстрее.
Возраст PSR B1937+21 не более 750 миллионов лет противоречил наблюдениям региона на других длинах волн . не наблюдалось ни оптического остатка сверхновой , ни яркого источника рентгеновского излучения . В окрестностях PSR B1937+21 [ 1 ] Если бы PSR B1937+21 был таким молодым, он не успел бы уйти далеко от места, на котором образовался. Поскольку нейтронные звезды образуются в результате взрывов сверхновых, свидетельства взрыва должны быть поблизости от молодого пульсара. Если бы он был таким молодым, можно было бы ожидать, что он все еще будет горячим, и в этом случае тепловое излучение от PSR B1937+21 можно было бы наблюдать на длинах волн рентгеновского излучения. [ 8 ] Венкатраман Радхакришнан и Г. Шринивасан использовали отсутствие наблюдаемых остатков сверхновой, чтобы доказать, что PSR B1937+21 не образовалась с таким быстрым периодом, а вместо этого была «раскручена» звездой-компаньоном, которая, по сути, придала пульсару его угловой момент . механизм, который сейчас обычно используется для объяснения миллисекундных пульсаров. Они также сделали теоретическую оценку необходимой скорости замедления вращения как 1 × 10. -19 секунд в секунду. [ 8 ] Бэкер и др. пересмотрели свою оценку верхнего предела скорости замедления вращения всего через месяц после первоначального открытия до 1 × 10. -15 секунды в секунду, [ 19 ] но измеренное в настоящее время значение более близко соответствует теоретической оценке и составляет 1,05 × 10 -19 секунд в секунду. [ 2 ] Позднее возраст PSR B1937+21 также был определен как 2,29 × 10. 8 лет, значение, которое согласуется с данными наблюдений. [ 5 ]
Компаньон, который, как предполагается, имел раскрученный PSR B1937+21, больше не существует, что делает его одним из немногих миллисекундных пульсаров, у которых нет компаньона звездной массы . [ 20 ] В целом следует ожидать высокой встречаемости спутников миллисекундных пульсаров, учитывая, что спутник необходим для раскрутки миллисекундных пульсаров до их коротких периодов. Однако миллисекундные пульсары не аккрецируют активно вещество от компаньона, а вместо этого должны были сделать это только когда-то в прошлом, и, таким образом, отсутствие компаньона для PSR B1937+21 не рассматривается как несогласие со спином. модель вверх. Возможные механизмы создания изолированных миллисекундных пульсаров включают испарение звезды-донора или приливное разрушение системы. [ 21 ]
Импульсы
[ редактировать ]В течение одного периода вращения PSR B1937+21 наблюдаются два пика, известные как импульс и интеримпульс. [ 15 ] PSR B1937+21 необычен среди пульсаров тем, что иногда производит импульсы, намного более яркие, чем средний импульс. До 1995 года единственным другим пульсаром, который, как известно, производил гигантские импульсы, был пульсар в Крабе , а к 2006 году из более чем 1500 известных пульсаров наблюдалось 11 пульсаров, производящих гигантские импульсы. [ 22 ] [ 23 ] Гигантские импульсы PSR B1937+21 были впервые обнаружены в 1984 году, вскоре после его открытия, но сложность наблюдения одиночных импульсов PSR B1937+21 из-за их быстрого периода означала, что импульсы изучались более глубоко только через десять лет после того, как они были обнаружены. были впервые замечены. [ 22 ] [ 24 ] В более поздних последующих наблюдениях были обнаружены более гигантские импульсы. Эти гигантские импульсы наблюдались на заднем фронте как импульса, так и интеримпульса. [ 25 ] Продолжительность этих гигантских импульсов мала по сравнению с периодом пульсара и составляет порядка 10 наносекунд. [ 25 ] Плотность потока наблюдаемых импульсов несколько варьируется, но, по наблюдениям, достигает 6,5 × 10 −22 м Вт −2 Гц −1 (6.5 × 10 4 Янские ). [ 25 ] Яркостная температура импульса с такой высокой плотностью потока и такой малой длительностью превышает 5 × 10 39 Кельвинов , что делает импульсы PSR B1937+21 самым ярким радиоизлучением , когда-либо наблюдавшимся. [ 25 ] PSR B1937+21 по сути является самым ярким миллисекундным пульсаром. [ 26 ] Помимо наблюдаемых радиоимпульсов, были обнаружены импульсы на длинах волн рентгеновского излучения , которые имеют ту же структуру импульсов и межимпульсов. [ 4 ]
Доказательства для товарищей
[ редактировать ]После открытия спутников планетарной массы вокруг PSR B1257+12 в 1990 году Александром Вольщаном , данные для PSR B1937+21 и других пульсаров [ когда? ] были проанализированы на наличие схожих компаньонов. был определен верхний предел примерно в одну тысячную массы Земли К 1994 году для любого спутника PSR B1937+21 в пределах 2 астрономических единиц . [ 20 ] В 1999 году Александр Вольщан сообщил об изменениях во времени прибытия импульсов от PSR B1937+21, а также о предыдущем анализе Токио Фукусимы, который предположил, что эти изменения времени могут быть вызваны карликовой планетой вокруг пульсара. Данные соответствовали компаньону, имеющему массу, аналогичную Церере и расположенному на расстоянии 2,71 астрономической единицы от пульсара, но для проверки предполагаемого компаньона необходимы данные за более длительный период времени. [ 27 ] Более поздние наблюдения не обнаружили какого-либо регулярного периодического сигнала, связанного с этим спутником, но утверждают, что небольшие изменения во времени прибытия импульсов согласуются с поясом астероидов, имеющим общую массу менее 0,05 массы Земли , но признают, что обнаружение периодичности Изменения времени импульса, связанные с отдельными астероидами, необходимы для подтверждения возможного пояса астероидов. [ 28 ]
Значение
[ редактировать ]До открытия PSR J1748-2446ad в 2006 году, который вращается со скоростью 716 раз в секунду, PSR B1937+21 был самая быстровращающаяся из известных нейтронных звезд. [ 29 ] На момент своего открытия PSR B1937+21 расширил диапазон периодов, наблюдаемых у пульсаров, в 20 раз, а также расширил диапазон наблюдаемых магнитных полей в 100 раз. [ 30 ] с магнитным полем 4,2×10 8 гаусс (42 кТл ). [ 5 ]
Будучи первым обнаруженным миллисекундным пульсаром , PSR B1937+21 «вызвал «теоретическое безумие»». [ 31 ] предоставив новую лабораторию для изучения пульсаров, нейтронных звезд в целом и, возможно, даже некоторых других астрофизических проблем, таких как гравитационные волны . [ 32 ] Например, поскольку плотность, необходимая для вращения с такими высокими скоростями, сравнима с плотностью ядер , самые быстровращающиеся миллисекундные пульсары важны для понимания того, как материя ведет себя при таких плотностях. [ 29 ] Первоначально высокая оценка скорости замедления вращения также была интригующей, поскольку подразумевала сигнал, который мог быть непосредственно обнаружен детекторами гравитационных волн , но фактическая скорость замедления поставила ожидаемый сигнал ниже чувствительности детекторов тока. Принятое в настоящее время значение скорости замедления соответствует изменению периода вращения на 1,5 Гц в течение одного миллиона лет. [ 33 ] Стабильность вращения PSR B1937+21 того же порядка, что и стабильность лучших атомных часов , и, таким образом, является инструментом, используемым для установления эфемеридного времени . [ 33 ]
Открытие B1937+21 положило начало «обширным исследованиям пульсаров во всех крупных радиообсерваториях» и «оживило пульсарную астрономию в то время, когда большинство людей думало, что эта область умирала». [ 5 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Бэкер, округ Колумбия; Кулкарни, СР; Хейлс, К.; Дэвис, ММ; и др. (1982). «Миллисекундный пульсар». Природа . 300 (5893): 315–318. Бибкод : 1982Natur.300..615B . дои : 10.1038/300615a0 . S2CID 4247734 .
- ^ Jump up to: а б с д и Каспи, ВМ ; Тейлор, Дж. Х.; Рыба, МФ (1994). «Высокоточная синхронизация миллисекундных пульсаров. 3: Долгосрочный мониторинг PSR B1855 + 09 и B1937 + 21». Астрофизический журнал . 428 (2): 713–728. Бибкод : 1994ApJ...428..713K . дои : 10.1086/174280 .
- ^ Jump up to: а б Дьюи, Р.Дж.; Охеда, MR; Гвинн, ЧР; Джонс, Д.Л.; и др. (1996). РСДБ-астрометрия миллисекундного пульсара B1937+2 " Астрономический журнал . 111 : 315–319. Бибкод : 1996AJ....111..315D . дои : 10.1086/117783 .
- ^ Jump up to: а б Никастро, Л.; Кусумано, Г.; Лёмер, О.; Крамер, М.; и др. (2004). «Наблюдение BeppoSAX за PSR B1937 + 21». Астрономия и астрофизика . 413 (3): 1065–1072. arXiv : astro-ph/0310299 . Бибкод : 2004A&A...413.1065N . дои : 10.1051/0004-6361:20031593 . S2CID 119065939 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Кулкарни, Шри (3–7 января 1994 г.). «Первое десятилетие миллисекундных пульсаров: обзор». Миллисекундные пульсары: десятилетие сюрпризов . Сан-Франциско: Тихоокеанское астрономическое общество. стр. 79–101. Бибкод : 1995ASPC...72...79K .
- ^ Бэкер, округ Колумбия; Кулкарни, СР; Хейлс, К.; Дэвис, ММ; Госс, WM (1982), «Миллисекундный пульсар», Nature , 300 (5893): 615–618, Bibcode : 1982Natur.300..615B , doi : 10.1038/300615a0 , S2CID 4247734
- ^ Jump up to: а б с Бэкер, Д.; Кулкарни, С.; Хейлс, К.; Дэвис, М.; и др. (1982). Б. Г. Марсден (ред.). «Миллисекундный пульсар в 4C 21.53». IAU Цирк . 3743 (2): 2. Бибкод : 1982IAUC.3743....2B .
- ^ Jump up to: а б с д Радхакришнан, В.; Шринивасан, Г. (1982). «О происхождении недавно открытого сверхбыстрого пульсара». Современная наука . 51 : 1096–1099. Бибкод : 1982CSci...51.1096R .
- ^ Хьюиш, А.; Белл, С.Дж.; Пилкингтон, JDH; Скотт, ПФ; и др. (24 февраля 1968 г.). «Наблюдение быстро пульсирующего радиоисточника». Природа . 217 (5130): 709–713. Бибкод : 1968Natur.217..709H . дои : 10.1038/217709a0 . S2CID 4277613 .
- ^ Пачини, Ф. (1968). «Вращающиеся нейтронные звезды, пульсары и остатки сверхновых». Природа . 219 (5150): 145–146. arXiv : astro-ph/0208563 . Бибкод : 1968Natur.219..145P . дои : 10.1038/219145a0 . S2CID 4188947 .
- ^ Jump up to: а б Голд, Т. (1968). «Вращающиеся нейтронные звезды как происхождение пульсирующих радиоисточников». Природа . 218 (5143): 731–732. Бибкод : 1968Natur.218..731G . дои : 10.1038/218731a0 . S2CID 4217682 .
- ^ Jump up to: а б Первис, Алан (1983). «4C21.53 — Возможный остаток сверхновой в Лисичке» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 202 (3): 605–614. Бибкод : 1983МНРАС.202..605П . дои : 10.1093/mnras/202.3.605 .
- ^ Халс, РА; Тейлор, Дж. Х. (1974). «Высокочувствительный пульсарный обзор». Астрофизический журнал . 191 : 59–61. Бибкод : 1974ApJ...191L..59H . дои : 10.1086/181548 .
- ^ Рикард, Джей-Джей; Кронин, WM (март 1979 г.). «Межзвездное рассеяние, Северная полярная отрога и возможный новый класс компактных галактических радиоисточников». Астрофизический журнал . 228 : 755–762. Бибкод : 1979ApJ...228..755R . дои : 10.1086/156901 .
- ^ Jump up to: а б Бэкер, Дон (1984). «Миллисекундные пульсары». Журнал астрофизики и астрономии . 5 (3): 187–207. Бибкод : 1984JApA....5..187B . дои : 10.1007/BF02714539 . S2CID 189911971 .
- ^ Jump up to: а б Чакрабарти, Д.; Морган, Э.Х.; Муно, член парламента; Галлоуэй, Дания; и др. (2003). «Ядерные миллисекундные пульсары и максимальная частота вращения нейтронных звезд». Природа . 424 (6944): 42–44. arXiv : astro-ph/0307029 . Бибкод : 2003Natur.424...42C . дои : 10.1038/nature01732 . ПМИД 12840751 . S2CID 1938122 .
- ^ Кук, Великобритания; Шапиро, СЛ; Теукольский С.А. (1994). «Переработка пульсаров в миллисекундные периоды в общей теории относительности». Письма астрофизического журнала . 423 : 117–120. Бибкод : 1994ApJ...423L.117C . дои : 10.1086/187250 .
- ^ Гензель, П.; Ласота, Япония; Здуник, Дж. Л. (1999). «О минимальном периоде равномерно вращающихся нейтронных звезд». Астрономия и астрофизика . 344 : 151–153. Бибкод : 1999A&A...344..151H .
- ^ Бэкер, Д.; Кулкарни, С.; Хейлс, К. (1982). Б. Г. Марсден (ред.). «Миллисекундный пульсар в 4C.53». IAU Цирк . 3746 (3): 3. Бибкод : 1982IAUC.3746....3B .
- ^ Jump up to: а б Филлипс, Дж.А.; Торсетт, SE (1994). «Планеты вокруг пульсаров: обзор». Астрофизика и космическая наука . 212 (1–2): 91–106. Бибкод : 1994Ap&SS.212...91P . дои : 10.1007/BF00984513 . S2CID 189853233 .
- ^ Беккер, В.; Трампер, Дж.; Ломмен, АН; Бэкер, округ Колумбия (2000). «Рентгеновские лучи близлежащего одиночного миллисекундного пульсара PSR J0030 + 0451: последние наблюдения ROSAT». Астрофизический журнал . 545 (2): 1015–1019. arXiv : astro-ph/0009110 . Бибкод : 2000ApJ...545.1015B . дои : 10.1086/317839 . S2CID 9611891 .
- ^ Jump up to: а б Коньяр, И.; Шраунер, Дж. А.; Тейлор, Дж. Х.; Торсетт, SE (1996). «Гигантские радиоимпульсы миллисекундного пульсара». Письма астрофизического журнала . 457 (2): 81–84. Бибкод : 1996ApJ...457L..81C . дои : 10.1086/309894 .
- ^ Кузьмин, А.Д. (2007). «Гигантские импульсы радиоизлучения пульсаров». Астрофизика и космическая наука . 308 (1–4): 563–567. arXiv : astro-ph/0701193 . Бибкод : 2007Ap&SS.308..563K . дои : 10.1007/s10509-007-9347-5 . S2CID 119366431 .
- ^ Бэкер, Дон (1995). «Свойства излучения миллисекундных пульсаров». Журнал астрофизики и астрономии . 16 (2): 165–171. Бибкод : 1995JApA...16..165B . дои : 10.1007/BF02714831 . S2CID 96446392 .
- ^ Jump up to: а б с д Согласнов В.А.; Попов, М.В.; Бартель, Н.; Кэннон, В.; и др. (2004). «Гигантские импульсы от PSR B1937+21 с шириной <= 15 наносекунд и Tb> = 5×1039 К, самой высокой яркостной температурой, наблюдаемой во Вселенной». Астрофизический журнал . 616 (1): 439–451. arXiv : astro-ph/0408285 . Бибкод : 2004ApJ...616..439S . дои : 10.1086/424908 . S2CID 16206012 .
- ^ Кордес, Дж. М.; Чернов, Д.Ф. (1997). «Динамика населения нейтронных звезд. I. Миллисекундные пульсары». Астрофизический журнал . 482 (2): 971–992. arXiv : astro-ph/9706162 . Бибкод : 1997ApJ...482..971C . дои : 10.1086/304179 . S2CID 16877407 .
- ^ Вольщан, А. (1999). «Обнаружение планет вокруг пульсаров». Время пульсара, общая теория относительности и внутренняя структура нейтронных звезд : 101–115. Бибкод : 1999ptgr.conf..101W .
- ^ Шеннон, РМ; Кордес, Дж. М.; Меткалф, ТС; Лацио, TJW; и др. (2013). «Интерпретация временных изменений миллисекундного пульсара B1937 + 21 с помощью пояса астероидов». Астрофизический журнал . 766 (1): 5. arXiv : 1301,6429 . Бибкод : 2013ApJ...766....5S . дои : 10.1088/0004-637X/766/1/5 . S2CID 118434232 .
- ^ Jump up to: а б Хессельс, JWT; Рэнсом, С.М.; Лестница, IH; Фрейре, PCC; и др. (2006). «Радиопульсар, вращающийся на частоте 716 Гц». Наука . 311 (5769): 1901–1904. arXiv : astro-ph/0601337 . Бибкод : 2006Sci...311.1901H . дои : 10.1126/science.1123430 . ПМИД 16410486 . S2CID 14945340 .
- ^ Бэкер, Дон (3–7 января 1994 г.). «Заключительные замечания». Миллисекундные пульсары: десятилетие сюрпризов . Сан-Франциско: Тихоокеанское астрономическое общество. стр. 435–438. Бибкод : 1995ASPC...72..435B .
- ^ Ирион, Роберт (апрель 2004 г.). «Зверинец Пульсара». Наука . 304 (5670): 532–533. дои : 10.1126/science.304.5670.532 . ПМИД 15105487 . S2CID 5422036 .
- ^ Томсен, Делавэр (январь 1984 г.). «Встречи с пульсарами третьего рода». Новости науки . 123 (1): 4. дои : 10.2307/3967824 . JSTOR 3967824 .
- ^ Jump up to: а б Бэкер, Дон (1984). «Пульсар длительностью 1,5 миллисекунды» . Анналы Нью-Йоркской академии наук . 422 (Одиннадцатый Техасский симпозиум по релятивистской астрофизике ): 180–181. Бибкод : 1984NYASA.422..180B . дои : 10.1111/j.1749-6632.1984.tb23351.x . S2CID 120371785 . Архивировано из оригинала 05 января 2013 г. Проверено 14 февраля 2010 г.