i62__第八章现天课脉冲星.ppt

7，令人牵肠挂肚的引力波检测 爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家，他的广义相对论原理 被称之为20世纪理论物理学研究的巅峰。 （1），光线在太阳引力场中的弯曲； （2），水星近日点的运动规律； （3），引力场中的光谱红移现象。 这三个预言都先后得到 了证实。 广义相对论预言引力辐射的存在：任何具有质量的物体 作加速运动都应该产生引力辐射；在地球上不可能作引力辐 射的实验：因为质量太小；科学家寄希望于探测来自宇宙空 间的引力辐射。 从未捕捉到过有关引力波的可靠信号。但是关于引力波的 预言却经历半个世纪也没有得到实验的验证。 辐射引力波源： （1），超新星爆发、致密天体形成的突发事件引发的引力 波，其特点是强度大、频带宽，但时间短暂。 （2），各种双星、具有较大椭率的转动星可以发射引力波， 引力波的频率稳定，但强度小； （3），无规背景辐射的引力波； 引力波探测器： 引力波的作用是使物体发生扭曲和变形，因此所有引力 波天线常常是一根棒，借助测量这个天线极小的扭曲和变形 来确定是否接收到引力波。 * 脉冲星是20世纪60年代天文学的四大发现之一。 脉冲星的发现证实了中子星的存在。中子星具有 和太阳相当的质量，但半径只有10千米。因此具 有非常高的密度，成为一种典型的致密星。 英国天文学家休伊什教授和他的研究生乔丝琳·贝尔 女士一起发现了脉冲星，在宇宙中找到了物理学家和天 文学家梦寐以求的中子星。休伊什因发现脉冲星并证认 为中子星而荣获1974年的获得诺贝尔物理奖。 美国天文学家泰勒和赫尔斯因发现射电脉冲双星及 间接验证引力波的存在而荣获1993年诺贝尔物理学奖。 脉冲星三大发现 1967年贝尔和休伊什发现 脉冲星 1974年赫尔斯和泰勒发现 脉冲星双星系统 1982年贝克和库尔卡尼发现 毫秒脉冲星 师生合作的典范 脉冲星的发现 贝尔（博士生） 休伊什教授 脉冲双星的发现 赫尔斯（博士生） 泰勒教授 毫秒脉冲星的发现 库尔卡尼（博士生） 贝克教授 1，中子的发现和中子星的预言 中子的发现 直到1930年，物理学家还不知道原子核中有中子存在。中子 发现的意义远远超出原子物理学的范围，很快就向天体物理 学提出挑战：在宇宙中有没有“完全由中子组成的恒星？” 一个在物理学实验室中微观世界实验的进展，马上向宏观世 界的恒星世界提出挑战。 中子星的预言 1931年当物理学家朗道知道中子发现后，仅过了几个小时 就提出中子星的概念。他指出，中子星非常小，非常致密， 辐射非常微弱。 1934年兹维基和巴德各自提出“中子星是大质量恒星演化到 超新星爆发之后的产物。恒星坍缩后，在其核心形成中子星。” 1939年中子星的内部结构理论：一个太阳质量，半径为10公 里，密度达到 中子星在哪里呢？ 天文学家处于“一问三不知”的窘境，一是不知道中子星的 辐射主要在射电波段；二是不知道中子星的辐射是脉冲形式； 三是不知道中子星自转得是如此之快。 这不是天文学家的过错，天文学研究的魅力所在，就是 它常常出人意料。 中子星的光度特别小 光度是和恒星的表面积成正比，天狼星伴星的光度比天 狼星小1万倍，其表面积比天狼星小1万倍，半径约为7000千 米。中子星的半径10千米，按照同样的道理，如果天狼星B 是中子星，它的光度要比天狼星小多少倍？ 答案是几十亿倍。 蟹状星云能源之谜 蟹状星云：射电、光学、X和γ射线辐射。把蟹状星云所 有频率上的辐射加起来，相当于十万个太阳的辐射。一团稀薄 的气体，其能量来自何方？ 光学观测发现蟹状星云在膨胀，每年大约0.2角秒左右， 而且膨胀速度在加快。星云膨胀加速度的能量由谁来提供？ 同步辐射：高能带电粒子在磁场中运动产生的辐射，高能 电子来自何方？磁场是怎样形成的？ 帕齐尼预言（1967年） 蟹状星云中的一颗中子星，每秒自转多次，具有很强的磁 场，提供蟹状星云所需的能量。 蟹状星云和其脉冲星的辐射谱 蟹状星云 脉冲星 休伊什观测蟹状星云（1965年） 他用行星际闪烁方法测出了蟹状星云中存在一个致密成分， 其角径只有约0.2角秒，亮温度达到1014K。当时他就指出这 个致密成分可能是1054年超新星爆发的遗留物。可惜，他并 没有认识到这个致密源就是中子星。 2，脉冲星的发现 休伊什生平 休伊什1924年5月11日出生，中学毕业后进了剑桥大学， 一年之后，成为皇家飞机研