第八章現(xiàn)天課脈沖星

第八章現(xiàn)天課脈沖星第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖星是20世紀60年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)之一。脈沖星的發(fā)現(xiàn)證實了中子星的存在。中子星具有和太陽相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，但半徑只有10千米。因此具有非常高的密度，成為一種典型的致密星。英國天文學(xué)家休伊什教授和他的研究生喬絲琳·貝爾女士一起發(fā)現(xiàn)了脈沖星，在宇宙中找到了物理學(xué)家和天文學(xué)家夢寐以求的中子星。休伊什因發(fā)現(xiàn)脈沖星并證認為中子星而榮獲1974年的獲得諾貝爾物理獎。美國天文學(xué)家泰勒和赫爾斯因發(fā)現(xiàn)射電脈沖雙星及間接驗證引力波的存在而榮獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎。第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖星三大發(fā)現(xiàn)1967年貝爾和休伊什發(fā)現(xiàn)脈沖星1974年赫爾斯和泰勒發(fā)現(xiàn)脈沖星雙星系統(tǒng)1982年貝克和庫爾卡尼發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星師生合作的典范脈沖星的發(fā)現(xiàn)貝爾（博士生）休伊什教授脈沖雙星的發(fā)現(xiàn)赫爾斯（博士生）泰勒教授毫秒脈沖星的發(fā)現(xiàn)庫爾卡尼（博士生）貝克教授第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1，中子的發(fā)現(xiàn)和中子星的預(yù)言中子的發(fā)現(xiàn)

直到1930年，物理學(xué)家還不知道原子核中有中子存在。中子發(fā)現(xiàn)的意義遠遠超出原子物理學(xué)的范圍，很快就向天體物理學(xué)提出挑戰(zhàn)：在宇宙中有沒有“完全由中子組成的恒星？”一個在物理學(xué)實驗室中微觀世界實驗的進展，馬上向宏觀世界的恒星世界提出挑戰(zhàn)。中子星的預(yù)言

1931年當(dāng)物理學(xué)家朗道知道中子發(fā)現(xiàn)后，僅過了幾個小時就提出中子星的概念。他指出，中子星非常小，非常致密，輻射非常微弱。

1934年茲維基和巴德各自提出“中子星是大質(zhì)量恒星演化到超新星爆發(fā)之后的產(chǎn)物。恒星坍縮后，在其核心形成中子星?！?/p>

1939年中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論：一個太陽質(zhì)量，半徑為10公里，密度達到第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月中子星在哪里呢？

天文學(xué)家處于“一問三不知”的窘境，一是不知道中子星的輻射主要在射電波段；二是不知道中子星的輻射是脈沖形式；三是不知道中子星自轉(zhuǎn)得是如此之快。這不是天文學(xué)家的過錯，天文學(xué)研究的魅力所在，就是它常常出人意料。中子星的光度特別小

光度是和恒星的表面積成正比，天狼星伴星的光度比天狼星小1萬倍，其表面積比天狼星小1萬倍，半徑約為7000千米。中子星的半徑10千米，按照同樣的道理，如果天狼星B是中子星，它的光度要比天狼星小多少倍？答案是幾十億倍。第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月蟹狀星云能源之謎

蟹狀星云：射電、光學(xué)、X和γ射線輻射。把蟹狀星云所有頻率上的輻射加起來，相當(dāng)于十萬個太陽的輻射。一團稀薄的氣體，其能量來自何方？光學(xué)觀測發(fā)現(xiàn)蟹狀星云在膨脹，每年大約0.2角秒左右，而且膨脹速度在加快。星云膨脹加速度的能量由誰來提供？同步輻射：高能帶電粒子在磁場中運動產(chǎn)生的輻射，高能電子來自何方？磁場是怎樣形成的？帕齊尼預(yù)言（1967年）蟹狀星云中的一顆中子星，每秒自轉(zhuǎn)多次，具有很強的磁場，提供蟹狀星云所需的能量。第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月蟹狀星云和其脈沖星的輻射譜蟹狀星云脈沖星第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月休伊什觀測蟹狀星云（1965年）他用行星際閃爍方法測出了蟹狀星云中存在一個致密成分，其角徑只有約0.2角秒，亮溫度達到1014K。當(dāng)時他就指出這個致密成分可能是1054年超新星爆發(fā)的遺留物。可惜，他并沒有認識到這個致密源就是中子星。2，脈沖星的發(fā)現(xiàn)休伊什生平休伊什1924年5月11日出生，中學(xué)畢業(yè)后進了劍橋大學(xué)，一年之后，成為皇家飛機研究所的成員，不久調(diào)到電訊研究所。戰(zhàn)爭期間，他參與機載反雷達設(shè)備的研究，指導(dǎo)空軍人員使用雷達干擾設(shè)備。1946年第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后休伊什回到劍橋繼續(xù)學(xué)習(xí)，1948年畢業(yè)后被推薦進入卡文迪什實驗室工作。1952年獲博士學(xué)位后，在卡文迪什實驗室成為賴爾的助手。

第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月什么是行星際閃爍？星星為什么向我們眨眼？地球大氣對流層中空氣密度的不規(guī)則變化和擾動對光波的影響。地球的電離層對無線電波的作用也會產(chǎn)生閃爍。太陽系行星際空間充滿著由太陽風(fēng)所帶來的密度不均勻的等離子體，它們也會使射電波發(fā)生閃爍。行星際閃爍的特點行星際介質(zhì)對射電波所產(chǎn)生的閃爍現(xiàn)象是快速的，在秒的數(shù)量級。只有角徑很小的射電源通過行星際空間才有閃爍現(xiàn)象。第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月類星體1963年，20世紀60年代四大發(fā)現(xiàn)之一。它們具有像恒星那樣小的角徑（小于1角秒），但不是恒星。有很大的紅移，類星體是迄今為止天文學(xué)家所知道的距離最遙遠、能量最大的天體。劍橋大學(xué)的閃爍望遠鏡1965年，劍橋大學(xué)射電天文臺決定采用行星際閃爍技術(shù)大規(guī)模地確認類星體。研制專門用于行星際閃爍的大型射電望遠鏡。足夠大的天線面積：長470米寬45米寬的矩形天線陣，由16排，每排128個振子天線共2048個振子組成。3.7米的波長：閃爍比較強；望遠鏡造價低，制造容易。

時間分辨率達到0.1秒。

天線固定不動。第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)現(xiàn)脈沖星的射電望遠鏡天線第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月喬斯林·貝爾和脈沖星的發(fā)現(xiàn)

喬斯林·貝爾（Q.Bell）小姐是休伊什的博士生，年僅24歲。貝爾在英國格拉斯哥大學(xué)獲物理學(xué)學(xué)士以后就想攻讀天文學(xué)博士學(xué)位。她首選的是焦德爾班克天文臺，可是由于工作人員把她的申請丟失，她才到了劍橋大學(xué)。繁重的觀測和資料處理任務(wù)貝爾負責(zé)觀測，每周重復(fù)巡視一次，每天記錄紙有七八米。6個月的觀測取得5.6千米的記錄紙的原始資料。區(qū)分閃爍源和干擾成為每天必做的工作。在觀測程序上，每隔一周重復(fù)觀測一次，這樣才能把干擾識別出來。因“錯”立功丟失貝爾申請書的帕爾默辯解說，“要不是我把她的申請信丟了，那脈沖星到現(xiàn)在還沒有發(fā)現(xiàn)呢！”喬斯林·貝爾如果不是參與當(dāng)時最高水平的行星際閃爍的觀測研究的實踐，也是無緣發(fā)現(xiàn)脈沖星的。第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月人類發(fā)現(xiàn)的第一個脈沖星的信號紀錄第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第一批發(fā)現(xiàn)的4顆脈沖星之一（PSR0329＋54）的脈沖系列紀錄：時間（秒）第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月貝爾發(fā)現(xiàn)不尋?！伴W爍源”67年8月，貝爾注意到一個發(fā)生在深夜的“閃爍源”。夜晚太陽風(fēng)很弱，強閃爍源是不會發(fā)生在夜晚的。在排除了人為干擾和確認這個信號遵守恒星時以后，休伊什認為可能是一顆來自太陽系之外的射電耀星。1976年8月6日觀測到的脈沖星信號紀錄確認是來自太陽系外的信號對這個信號的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，它遵守恒星時，而不是太陽時。確認是來自太陽系外的信號。太陽日：太陽回到相對於地面同一位置便是一天，例如由今天中午至明天的中午。恆星日：恒星返回天空同一位置為一恆星日。由於地球公轉(zhuǎn)的關(guān)係，一年中約有365個太陽日，366個恆星日。一個太陽日比一個恆星日約長4分鐘。第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月確認發(fā)現(xiàn)脈沖星

如果是來自太陽系外行星上的人為信號，這個脈沖信號中必然附加了行星軌道運動所產(chǎn)生的多普勒位移。他們經(jīng)過一系列的實驗，沒有測出這種位移，從而否定了小綠人的看法。休伊什利用精確的時標，在改正地球軌道運動的影響之后，驚訝地發(fā)現(xiàn)脈沖周期可以精確到千萬分之一秒。測出的周期是1.3372795秒。終于確認脈沖信號是來自一種新型的天體――脈沖星的輻射。當(dāng)時取名為CP1919，CP為劍橋大學(xué)，1919是脈沖星的赤經(jīng)。貝爾再立功

她又從過去多達5000米記錄紙所記錄下的資料中，又找到3個脈沖星。其中一顆名叫PSR0950＋08的脈沖周期僅0.25秒。作為脈沖星的最先發(fā)現(xiàn)者，貝爾的功績是不可磨滅的。第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3，“小綠人”和地外文明“小綠人”

11月28日，貝爾成功地記錄到這個信號的脈沖周期約為1.33秒。任何已知天體的輻射都不會是這樣的短周期脈沖。休伊什提出可能是在太陽系外圍繞恒星作軌道運動的行星上的“小綠人”發(fā)出的信號。10年后貝爾寫道，“當(dāng)時我不完全理解觀測到的脈沖一定是人工的。我所不知道（但本來應(yīng)該知道）的是，這樣快速的變化是難從恒星、星系或當(dāng)時知道的任何其它類型的天體獲得的?！必悹柵空f：

“當(dāng)我在搞一項新技術(shù)以取得博士學(xué)位，可一幫傻呼呼的小綠人卻選擇了我的天線和我的頻率來同我們通訊”第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月地外文明是嚴肅的科學(xué)問題地外文明是人們長期以來津津樂道的話題，大量的有關(guān)外星人的科幻電影和小說，把地外文明炒得沸沸揚揚。地球之外是否有生命？是一個嚴肅的科學(xué)問題、哲學(xué)問題，一個需要思考和探索的問題。地外文明社會知多少？太陽系的地球是生命的搖籃，在宇宙空間有多少像太陽一樣的單個恒星的行星系統(tǒng)？有多少像地球一樣，有水，空氣和適當(dāng)?shù)臏囟鹊男行牵?/p>

第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月天文學(xué)家曾給出多個可能存在的文明社會的數(shù)學(xué)公式。阿西莫夫公式：N=A×B×C×D×E×F×G×H×L×MN：可能存在的文明社會的數(shù)目A：銀河系中的恒星數(shù)A＝3×1011個B：擁有行星系統(tǒng)的恒星百分比C：和太陽差不多的恒星百分比D：適合生物生存條件的恒星的百分比E：有類似地球的行星的百分比L：可居住的天體中具有46億年的歷史M：文明社會的壽命計算結(jié)果：銀河系中擁有文明社會的數(shù)目為53萬個，平均100萬個恒星中不到2個。第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月4，脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的磁中子星1968年2月，《自然》論文：脈沖星是一種極為奇異的天體射電源，它在太陽系之外，發(fā)射短暫而極有規(guī)律的無線電脈沖；它是某種密度非常大的星體，很可能就是中子星。休伊什根據(jù)中子星徑向振蕩理論來解釋輻射的脈沖性質(zhì)卻是不正確的。脈沖星的觀測特性脈動的射電輻射而得名。周期很短1.5毫秒～8.5秒，十分穩(wěn)定，可以和地球上的原子鐘比美。

第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖星的脈沖特性：1，紀錄到的每個脈沖強度和形狀變化很大，圖下部是把每個周期的脈沖依次往下排的脈沖系列。2，平均輪廓是把幾百～幾萬個脈沖疊加起來后得到的輪廓，這輪廓的形狀長期保持不變。第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖特性：1，一個周期360度，脈沖只占3％～10％2，脈沖輪廓形狀長期保持不變，如圖中的實線。3，有的脈沖星的脈沖輪廓有時會變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定形狀（圖中虛線），但時間不長4，脈沖輪廓中顯示出多個成分，圖中顯示5個成分。第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月周期緩慢的變化脈沖星周期隨時間十分緩慢地增加，變化率非常之?。?/p>

周期變化最快的脈沖星需要經(jīng)過10年的時間，其周期才增加1毫秒。變化最慢的脈沖星則需要年才增加1毫秒。除了脈沖星周期緩慢增加的變化外，還有周期噪音和周期突然變短兩種形式的變化。脈沖星的周期是怎么來的？脈沖星的周期為什么這么短？這么穩(wěn)定？還要緩慢地變長？天文上周期性現(xiàn)象是常見的，但都沒有這樣短。三種可能性，來自白矮星或中子星的：1，雙星的軌道運動周期2，徑向脈動周期3，自轉(zhuǎn)第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月確認為快速自轉(zhuǎn)的中子星前2種都不可能，因為不能解釋周期緩慢地增加的現(xiàn)象。中子星的自轉(zhuǎn)可能到達這樣短的周期，而白矮星則只能達到秒的數(shù)量級。自轉(zhuǎn)機制的限制：在赤道上的線速度不能太大，如果離心力大于引力，赤道上的位置就要脫離中子星，中子星就不能存在了。白矮星的半徑比中子星約大600倍，因此所能達到的自轉(zhuǎn)角速度要比中子星的小很多。所以只有中子星的自轉(zhuǎn)能解釋觀測到的脈沖星周期現(xiàn)象。為什么中子星的輻射是周期脈沖信號？自轉(zhuǎn)周期可以達到毫秒～秒，但輻射和自轉(zhuǎn)有什么關(guān)系？中子星有很強的偶極磁場，輻射只能從磁極區(qū)出來，就像燈塔一樣只射出兩束光。自轉(zhuǎn)一次，脈沖星的輻射掃過觀測者一次，形成一個脈沖。

第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月證認脈沖星是中子星的兩位功臣帕齊尼在1967年脈沖星發(fā)現(xiàn)前的論文：“在蟹狀星云中存在一個由中子組成的恒星，它每秒自轉(zhuǎn)多次，有很強的磁場，它的磁偶極輻射不斷地給蟹狀星云提供能量”。1968年托馬斯·歌爾德（T.Gold）論文和帕齊尼的差不多，但是在脈沖星發(fā)現(xiàn)之后做的，對觀測特征解釋得更清楚一些。脈沖星磁極冠模型綜合他們的理論：中子星具有非常強的磁場，在磁極冠區(qū)，帶電粒子在磁場中運動發(fā)出曲率輻射，形成一個方向性很強的輻射錐，就像燈塔發(fā)出的兩束光一樣。輻射錐的中心是磁軸。一般地，磁軸和中子星自轉(zhuǎn)軸不重合，所以當(dāng)輻射錐和中子星一起轉(zhuǎn)動掃過地球上的射電望遠鏡時，我們就接收到一個脈沖第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖星脈沖輻射形成的原理圖第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月5，中子星的形成中學(xué)基礎(chǔ)知識：原子核，α衰變、β衰變、天然放射現(xiàn)象、同位素以及核能等。這些知識有助于我們理解中子星形成的機理。中子化過程β衰變：一個孤立的中子衰變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子及并發(fā)射一個反中微子的過程。逆β衰變：一個接近光速的電子和一個質(zhì)子相碰便形成一個中子和一個中微子。

一個高能電子打入原子核，和其中的質(zhì)子相碰，也產(chǎn)生逆β衰變反應(yīng)。核反應(yīng)后，核子數(shù)不變，少了一個質(zhì)子，多了一個中子，同時發(fā)射一個中微子。這個元素變?yōu)榱硪环N元素。第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月中子化過程條件密度大于106克/厘米3的情況下，核外電子的能量大，可打進原子核，原子核中的中子數(shù)越來越多，質(zhì)子數(shù)越來越少，形成了很多富中子核，這就是中子化過程。自由中子發(fā)射過程α衰變是說一個原子核放出由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的氦核，原子核衰變?yōu)榱硪环N元素的過程。這里的自由中子發(fā)射過程是放出中子。逆β衰變過程使原子核中的中子數(shù)越來越多，質(zhì)子數(shù)越來越少，當(dāng)中子的能量大到一定程度時，就有可能跑出原子核。條件：密度達到或超過4x1011克/厘米3。原子核破裂形成中子流體當(dāng)密度超過1014克/厘米3以后，原子核便完全離解，其中的質(zhì)子和電子相碰變?yōu)橹凶?，成為中子的海洋。但是中子星?nèi)還存在著很少量的質(zhì)子和電子。第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月簡并中子氣在中子星殼層以下的中子流體是簡并的，由于密度奇高，致使中子填滿了所有的能量狀態(tài)，大部分中子處于很高的能態(tài)，形成了極其巨大的簡并中子氣壓。與簡并電子性質(zhì)類似，但中子流體的密度已超過1014克/厘米3，致使簡并中子氣所形成的壓力遠遠超過簡并電子氣，成為可以抗衡引起星體坍縮的引力。中子星的質(zhì)量上限坍縮后所形成的致密星的質(zhì)量如果大于2個太陽質(zhì)量時，中子氣簡并壓力也無法抗衡引力，星體便只能一直收縮下去，形成黑洞。極端物理條件實驗室超高密：每立方厘米約有一億噸重；超高溫：幾億度以上；超強磁場：108～1014高斯;超強輻射；1025～1035爾格/秒;超流、超導(dǎo)；超強引力；第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月6，休伊什獲1974年諾貝爾獎休伊什獲1974年諾貝爾獎休伊什由于和貝爾一起發(fā)現(xiàn)了脈沖星，并把它證認為30多年前物理學(xué)家預(yù)言的中子星，震驚了科學(xué)界，獲得了1974年諾貝爾物理學(xué)獎的殊榮。休伊什教授獲獎是當(dāng)之無愧的。為喬絲琳·貝爾說公道話諾貝爾物理學(xué)獎只授予休伊什一人，而完全忽視了貝爾的貢獻是不公正的。曼徹斯特和J.泰勒在專著“脈沖星”的第一頁寫道：獻給喬絲琳·貝爾博士，沒有她有洞察力的、百折不撓的努力，我們現(xiàn)在可能無法分享到研究脈沖星的這份快樂。在1980年國際天文學(xué)會脈沖星會議上貝爾和休伊什同被譽為“脈沖星發(fā)現(xiàn)者”。第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月7，令人牽腸掛肚的引力波檢測

愛因斯坦是20世紀最偉大的科學(xué)家，他的廣義相對論原理被稱之為20世紀理論物理學(xué)研究的巔峰。（1），光線在太陽引力場中的彎曲；（2），水星近日點的運動規(guī)律；（3），引力場中的光譜紅移現(xiàn)象。這三個預(yù)言都先后得到了證實。廣義相對論預(yù)言引力輻射的存在：任何具有質(zhì)量的物體作加速運動都應(yīng)該產(chǎn)生引力輻射；在地球上不可能作引力輻射的實驗：因為質(zhì)量太??；科學(xué)家寄希望于探測來自宇宙空間的引力輻射。從未捕捉到過有關(guān)引力波的可靠信號。但是關(guān)于引力波的預(yù)言卻經(jīng)歷半個世紀也沒有得到實驗的驗證。第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射引力波源：（1），超新星爆發(fā)、致密天體形成的突發(fā)事件引發(fā)的引力波，其特點是強度大、頻帶寬，但時間短暫。（2），各種雙星、具有較大橢率的轉(zhuǎn)動星可以發(fā)射引力波，引力波的頻率穩(wěn)定，但強度??；（3），無規(guī)背景輻射的引力波；引力波探測器：引力波的作用是使物體發(fā)生扭曲和變形，因此所有引力波天線常常是一根棒，借助測量這個天線極小的扭曲和變形來確定是否接收到引力波。第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月8，射電脈沖雙星的發(fā)現(xiàn)J.泰勒

在1967年發(fā)現(xiàn)脈沖星的時候，還是一位博士研究生。1968年獲得博士學(xué)位后，和哈佛大學(xué)的同事合作，繼貝爾發(fā)現(xiàn)4顆脈沖星之后發(fā)現(xiàn)第五顆射電脈沖星。他的名言：“有可能產(chǎn)生重大意義的研究，再困難也得試一試”。1973年J.泰勒教授提出新的巡天觀測計劃：發(fā)現(xiàn)短周期、遠距離的脈沖星。赫爾斯1973年在麻省大學(xué)學(xué)習(xí)的赫爾斯是J.泰勒教授的研究生。他選擇泰勒的脈沖星巡天課題作為博士論文。他認為，這個課題體現(xiàn)了射電天文學(xué)、物理學(xué)和電子計算機科學(xué)三個學(xué)科完美的結(jié)合。第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖雙星系統(tǒng)第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖星觀測發(fā)現(xiàn)較多的射電望遠鏡：1，澳大利亞Parkes的直徑64米直徑射電望遠鏡占第一位，發(fā)現(xiàn)一半以上；2，Arecibo射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)100顆左右；3，英國焦德爾班克的76米直徑射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)大約100；4，美國格林班克的直徑92米射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)近100個；新巡天采用新技術(shù)：（1），世界上最大的Arecibo射電望遠鏡；（2），采用消色散接收機

在星際介質(zhì)中不同頻率的無線電波的傳播速度不同，脈沖星發(fā)出的同一個脈沖到達射電望遠鏡時，高頻和低頻成分有時間差，導(dǎo)致接收到的脈沖變寬了，脈沖能量分散，脈沖輪廓變形，甚至?xí)⒚}沖平滑掉。消色散的辦法是把接收機總通頻帶分成許多窄帶，每一個窄帶的帶寬小于可允許的帶寬上限。然后經(jīng)過補償將各個通道的信號加起來。（3），采用計算機紀錄和處理資料第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月赫爾斯旗開得勝赫爾斯獨自觀測和處理資料，發(fā)現(xiàn)40顆新脈沖星，可以說取得了空前的好成果。這次巡天的成功率比以前的高出4倍。在當(dāng)時脈沖星僅有100顆的情況下，一下子增加了40顆，對脈沖星的觀測研究有巨大的促進。赫爾斯發(fā)現(xiàn)“怪星”他說：“我們的巡天發(fā)現(xiàn)了40顆脈沖星，其中一顆調(diào)皮搗蛋，它的周期老變，弄得我寢食不安。”

這顆脈沖星的周期僅0.059秒（PSR1913＋16）很怪癖，但時隔僅兩天的觀測，周期值的差別竟達27微秒之多。赫爾斯以為是設(shè)備出了問題，或觀測程序或處理方法有錯。但怎么查也找不到毛病。周期測不準的原因是這顆脈沖星是在雙星系統(tǒng)中。軌道周期很短，所以短期中對測量到脈沖星周期產(chǎn)生周期性影響。后來赫爾斯悟出了這個原因。測出了雙星的軌道周期。第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月好運氣！現(xiàn)在至少已發(fā)現(xiàn)50顆射電脈沖雙星。其中只有5個雙中子星系統(tǒng)。然而，第一個發(fā)現(xiàn)的就是雙中子星系統(tǒng)。其軌道橢率很大，是用來檢驗引力輻射的最好的實驗室。好運氣只能屬于在脈沖星巡天觀測中辛勤耕耘并決心攀登科學(xué)高峰的人們。9，引力輻射的驗證理想的引力實驗室

在天文學(xué)中，雙星系統(tǒng)很平常，已知的恒星有近一半屬于雙星系統(tǒng)，可謂千千萬萬。既使對中子星來說，所有伴有X射線輻射的中子星都是雙星系統(tǒng)的成員，也司空見慣。但是在射電脈沖星的世界里卻比較少見。第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月驗證的困難第一個難點是，理論計算的軌道周期的變化非常微小，要求觀測測量極端的精密。第二個難點是，為了發(fā)現(xiàn)軌道周期的變化必須要進行長期的觀測。

奮斗20載，驗證引力波這個特殊的脈沖雙星系統(tǒng)的重要性在于它是雙中子星系統(tǒng)，兩顆子星間沒有物質(zhì)交流。它的軌道周期很短，僅7.75小時，兩顆子星相距很近，軌道橢率很大，達到0.617。導(dǎo)致脈沖星具有非常高的軌道運動速度，可達光速的十分之一。根據(jù)廣義相對論，可以計算出雙中子星系統(tǒng)有很強的引力輻射。引力輻射將會導(dǎo)致雙星系統(tǒng)軌道運動周期變短。如果我們能夠測量出脈沖雙星軌道周期的變化，便能間接地確認引力輻射的存在。J.泰勒教授奮斗了近20年。用世界上最大的射電望遠鏡進行上千次的觀測，觀測值和理論預(yù)期值的誤差僅為0.4％。終于證實了引力波的存在。第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖星雙星PSR1913＋16觀測到的軌道周期變化與由理論計算的曲線符合得非常好第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月赫爾斯和泰勒獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎10，毫秒脈沖星的發(fā)現(xiàn)1967年意外地發(fā)現(xiàn)脈沖星；1974年發(fā)現(xiàn)脈沖星雙星系統(tǒng)；1982年發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星PSR1937+214再一次轟動了全世界毫秒脈沖星的發(fā)現(xiàn)是天文學(xué)家有計劃、有目標的觀測研究結(jié)果。經(jīng)歷了好幾年。1977年，一個名叫4C21.53的射電源引起人們的關(guān)注。經(jīng)過幾年的探索，確認它具有強偏振、冪律譜、致密等脈沖星所具有的特性。人們相信它就是一顆脈沖星。它處在1974年泰勒和赫爾斯用阿雷西博射電望遠鏡進行的高靈敏度巡天的天區(qū)中，然而并沒有發(fā)現(xiàn)脈沖星這個脈沖星。在那時，阿雷西博巡天以及其它巡天，對周期小于60毫秒的脈沖星是不敏感的。第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月休伊什教授等未獲成功脈沖星的發(fā)現(xiàn)者休伊什教授也進行了努力。目的是要測出到這個射電源輻射中的周期結(jié)構(gòu)。但都無功而返，一無所獲。他在北京天文臺做報告時談到，當(dāng)時他離成功只有一步之遙，他采用的時間分辨率已是3毫秒。1982年，好幾個國家的脈沖星研究小組對這個射電源進行反復(fù)的觀測，脈沖星的發(fā)現(xiàn)者休伊什教授也進行了努力。目的是要測出到這個射電源輻射中的周期結(jié)構(gòu)。但都無功而返，一無所獲。貝克教授和庫爾卡尼博士他們堅信，這射電源就是脈沖星。他們定出周密的計劃，采用世界上最大的射