pulzár

A Vela pulzár gammasugár-ciklusa (lassított mozgás, színkódolt kvantumenergia-tartományok).
A pulzár sematikus ábrázolása. A középső gömb egy neutroncsillagot képvisel, a mágneses mező vonalait és az oldalra kiálló fény kúpja a kimenő sugárzás irányát.

A pulzár (portmanteau of English. Pulsa ting source of r adioemissio , "pulzáló rádióforrás") egy gyorsan forgó neutroncsillag . Mágneses terének szimmetriatengelye eltér a forgástengelytől, ezért szinkrotron sugárzást bocsát ki a dipól tengely mentén . Ha a föld a sugárzási mezőben fekszik, akkor rendszeresen visszatérő jeleket kap, mint egy világítótoronyból. A pulzusok főleg a rádiófrekvenciás tartományban bocsátanak ki, néha egészen a röntgensugárzásig vagy csak a röntgensugárzás tartományában. A több mint 1700 ismert forrás közül az intenzitás ingadozása csak néhány esetben volt látható a látható tartományban.

történelem

Az első azonosított Pulsar rádiójelét bemutató diagram.jpg
A rák-köd pulzárjának képe ( M 1 ) a látható fény (piros) és a röntgensugarak (kék ) területén lévő képekből kombinálva . Ködgázokat mutat a környezetben, amelyeket a forgó pulzár mágneses tere hordoz, és így "kevergetve" sugárzásnak serkenti.

Jocelyn Bell és PhD témavezetője, Antony Hewish rádióforrások keresése közben fedezték fel az első pulzárt 1967. november 28-án a Cambridge melletti Mullard Rádiócsillagászati ​​Obszervatóriumban . Ehhez a vizsgálathoz minden forrást széles mezőben rögzítettek, amely rövid időn belül erős ingadozást mutatott a sugárzási intenzitásukban. A pulzárból származó jeleket , amelyeket később PSR B1919 + 21 néven emlegettek , a kibocsátott hullámok szokatlan szabályszerűsége jellemezte, így Bell és Hewish eleinte mesterséges jelnek tévesztette őket - valószínűleg egy földön kívüli civilizációtól ( Little Green Man 1 ) . Antony Hewish 1974 - ben fizikai Nobel-díjat kapott a pulzárok felfedezéséért .

Az első fizikus, aki felfedezésük után azonnal gyanította a forgó neutroncsillagokat a pulzárok mögött, Thomas Gold volt 1968/69-ben. Egy szakos konferencia azonban eleinte túl abszurdként utasította el a hozzá tartozó előadást, és nem is tartotta érdemesnek megvitatni. De a véleményét később megerősítették.

Russell Hulse és Joseph H. Taylor Jr. 1974-ben fedezték fel a PSR 1913 + 16 pulzárt , két neutroncsillag rendszerét, amelyek kevesebb, mint 8 óra alatt keringtek egymás körül, amelyek közül az egyik egy pulzár. Orbitális periódusuk folyamatosan rövidül, oly módon, amely csak a gravitációs hullámok sugárzásával magyarázható az általános relativitáselmélet szerint . 1993-ban Hulse és Taylor emellett fizikai Nobel-díjat is kapott. 2006 májusáig körülbelül 1700 pulzus volt ismert, köztük egy kettős pulzár (a PSR J0737-3039 rendszer 2003-ban fedezték fel ).

A PSR B0531 + 21 a Rák-ködben a legfiatalabb pulzár, 900 éves kor körül.

Kialakításában különleges pulzár a PSR J1903 + 0327 , amely erősen elliptikus pályán mozog egy nap méretű csillag körül , amely másodpercenként 465 fordulatnál forog.

1982-ben felfedezték az első milliszekundumos pulzust, PSR B1937 + 21 jelöléssel . 1,5578 milliszekundumos forgási periódusának stabilitása - a lineáris növekedés figyelembevétele után - jobb, mint 10 −14 , az akkori atomi órák pontossága . Ez a pontosság felhasználható a föld helyének pontos meghatározásához annak érdekében, hogy további bizonyítékot szolgáltasson a gravitációs hullámokra.

elnevezéstan

A pulzárok legfontosabb katalógusa a " Pulsars katalógus " . Írta: JH Taylor, RN Manchester és AG Lyne. Leírja a PSR betűkombinációjú pulzárokat és azok égi koordinátáit , például PSR B0525 + 21 . A szám kombináció 0525 jelzi a jobb felemelkedési a ekvatoriális rendszerben ( 05 óra 25 perc ), +21 az elhajlás fokban. A B betű azt jelenti, hogy a koordináták a Bessel B1950.0 korszakra vonatkoznak . Ma a J2000.0 Júlia korszakot használjuk , amelyet J betűvel jelölünk . Mivel az égi koordináták a szokásos korszak függvényében különböznek, ugyanazon pulzárnak különböző nevei vannak. A fent említett pulzár esetében az eredmény PSR J0528 + 2200 (jobbra emelkedés 05 óra 28 perc, deklináció 22 fok, 00 perc) . Mindkét név még mindig használatban van.

Pulzár kialakulása

A pulzár létrehozásának művészi értelmezése
A szupernóva-robbanásból visszamaradt neutroncsillag, a Vela Pulsar az egyik forró plazmasugárral repül az űrben. Fotó: NASA .

Egy hatalmas csillag szupernóva után egy neutroncsillag egy forró, ionizált gázködben marad. A neutroncsillag az eredeti csillag anyagának egy részéből (1,44–3 naptömeg ) áll egy nagyon kis térben (átmérője körülbelül 20 kilométer). Ezen felül, az egész neutroncsillag és gáz köd szupernóva maradványa megtartja a perdület , és a mágneses mező az eredeti csillag tömörítést neutroncsillag. Ezen túlmenően 10 11 volt nagyságrendű elektromos potenciálkülönbségek vannak .

Egy pulzár meríti sugárzó energiáját

A szögmomentum fenntartásával és a térbeli kiterjedés nagymértékű csökkentésével a neutroncsillag forgása annyira felgyorsul , hogy a forgási idő néhány nap helyett csak másodperc vagy másodperc töredéke. Az eredmény egy nagyon kompakt égitest , amelynek erős mágneses tere van (a tipikus fluxus sűrűsége 10 8 Tesla ), és amely gyorsan forog az ionizált gázködben .

Pulzáló sugárzás generálása

Pulsar sematikus 1.jpg

Mint minden szilárd kéreg alatti neutroncsillag , a pulzárok is szuperfolyékonyak és szupravezetõek , sûrûségük az atommagok tartományában van , azaz. H. körülbelül 2 · 10 17 kg / m 3 = 2 · 10 14 g / cm 3 .

A neutroncsillag mágneses terének iránya bizonyos szöget képez a forgástengellyel . Ha a mágneses tér iránya eltér a forgástengelytől, a mágneses mező vonalai gyorsan mozognak az ionizált gázködben. Mivel az elektromosan töltött részecskék csak szabadon mozoghatnak a mező vonalai mentén, a forgó mágneses mező továbbviszik őket, és közben elektromágneses hullámokat bocsátanak ki. A forgás eredményeként az elektromágneses hullámok úgy söpörnek végig a környezeten, mint egy világítótorony fénye . Az impulzussugárzás csak akkor figyelhető meg, ha a föld az elektromágneses sugárzás iránya által söpört kettős kúpban helyezkedik el .

A Pulsar sugároz elektromágneses hullámok széles hullámok, a fő komponens lehet a frekvenciatartományban a rádióhullámok (rádió Pulsar ) , a látható fény vagy a tartományban X-sugarak ( X-ray Pulsar ). A fiatalabb pulzárok általában nagyobb energiájú sugárzást bocsátanak ki.

Becslések

Egyszerűsített feltételezések felhasználásával megbecsülhető egy pulzár forgási sebessége és forgási energiája. A kezdeti test hasonló a naphoz és állandó sűrűségű, akárcsak az összehúzódó neutroncsillag.

Kimeneti változók:

  • Nap sugara: 7 × 10 8  m
  • Naptömeg: 2 × 10 30  kg
  • Forgási idő: 25,4 nap; Szögsebesség: 3 × 10 −6  s −1

Végső méretek:

  • A neutroncsillag sugara: 1,6 × 10 4  m (16 km)
  • Tömeg: változatlan 2 × 10 30  kg

A tehetetlenségi nyomaték (Θ = 2/5 · M · R²) kvadratikusan csökken, amikor az R sugár csökken, állandó M tömegnél . Mivel az L ( L  = Θ · ω) szögmomentum megmarad, az ω forgási sebességnek meg kell nőnie a nap és a neutroncsillag tehetetlenségi nyomatékainak arányával. Az E forgási energia ugyanazon tényezővel növekszik ( E rot = 1/2 · ω ·  L ).

Ez a következő értékeket eredményezi:

  • A nap és a neutroncsillag tehetetlenségi nyomatékainak aránya: 2 × 10 9
  • A nap forgási energiája: 1,5 × 10 36  J
  • A neutroncsillag forgási energiája: 3 × 10 45  J
  • Forgási idő: 0,001 s = 1 ms

Egyszerű becslés szerint a pálya sebessége a felszín egyenlítőjénél a fénysebesség többszöröse lenne . Mivel ez lehetetlen, egy csillag csak akkor tud összehúzódni, ha taszítja a tömeget és csökkenti a szögletét. A forgási energia 10 40  J tartományban van.

Milliszekundumos pulzárok

A pulzár egy gyorsan forgó neutroncsillag. Mágneses terének szimmetriatengelye eltér a forgástengelytől, ezért szinkrotron sugárzást bocsát ki a dipól tengely mentén.

A 20 milliszekundumnál rövidebb forgási idejű impulzusokat milliszekundum pulzároknak nevezzük. A rekord tulajdonosa a PSZ J1748-2446ad , a Terzan 5 gömbhalmazban , 716 Hertz forgási frekvenciával (1,4 milliszekundum forgási idő) . A milliszekundumos pulzusok nemcsak a gyorsabb forgásuk miatt különböznek a normál pulzároktól, hanem a gyengébb, mint 10 4 Tesla mágneses térük miatt , a lassú forgáscsökkenés, a magas jellegzetes életkor és 75 százalékos arányban a bináris csillagrendszerek előnyös előfordulása miatt összehasonlítva más, 1% -nál kevesebb pulzárral. A neutroncsillagok maximális forgási frekvenciája valószínűleg 1500 Hertz körül lesz, mivel nagyobb forgási sebességnél erős gravitációs hullámok sugárzása van .

Két forgatókönyv ismert a milliszekundumos pulzusok kifejlesztésére:

  • Amikor a régi pulzusokat bináris csillagrendszerekben újrahasznosítják, a társtól a neutroncsillagig áramló anyag felhalmozódása szöget vesz át az oltó pulzárba, ezáltal gyors forgást eredményezve. A kis és közepes tömegű röntgen bináris csillagokat tekintjük a milliszekundumos pulzusok közvetlen elődjének . Mivel a pulzár forgástengelye az akkréció miatt merőleges a pálya síkjára , a sugárzás eléri a társat és felmelegíti őt arra a pontra, ahol a csillag elveszíti a tömegét. Ezeket a milliszekundumos pulzusokat fekete özvegyi pulzernek nevezik, mivel hosszú távon teljesen feloldják a társcsillagot.
  • Közvetlen csatorna az ONeMg - fehér törpe akkréció okozta összeomlása . Ha a fehér törpe az anyag összegyűjtésével túllépi a Chandrasekhar 1,4  M ☉ -határt , akkor Ia típusú szupernóva nem fordul elő , de gyorsan forgó neutroncsillag jön létre.

Az elmúlt években nagyszámú milliszekundumos pulzort találtak a gömbhalmazok intenzív rádiófigyelésével . A nagy bőség a csillaghalmazok nagy csillagsűrűségével függ össze, ahol a neutroncsillagok társat képesek megfogni és anyagot gyűjthetnek belőle. Ebben a fázisban kis tömegű röntgen kettős csillagként (LMXB) a neutroncsillag forgása az ezredmásodperces pulzusokra jellemző értékekre gyorsul fel. Meglepő módon a nagyszámú milliszekundumos pulzus mellett a gömbös halmazokban néhány száz milliszekundumos forgási periódusú normál fiatal pulzust és 10 7 Tesla körüli mágneses teret fedeztek fel. Ez váratlan volt, mivel a régi gömbhalmazokban már nincsenek olyan hatalmas csillagok, amelyek normális pulzár születéséhez vezethetnének egy szupernóva révén . Az egyik hipotézis szerint a gömbös klaszterek gravitációsan elfogták és megkötötték ezeket a pulzusokat. A pulzárok általában magas belső mozgással rendelkeznek , amelyet aszimmetrikus szupernóva-robbanások vagy egy bináris csillagrendszer megsemmisülése okozott a szupernóva-fázisban. A társ befogásának és a pulzár utólagos újrahasznosításának ötletét a társ anyagának felszabadulása révén megerősíti a pulzárok nagy orbitális excentricitása a gömbös halmazokban, amelyet néhány esetben megfigyeltek . A közeli bináris csillagrendszerek pályáit néhány 10 millió év múlva cirkulálni kell az árapályhatások miatt, ezért ezeket a pulzusokat rövid időn belül fel kell éleszteni.

A normál pulzárokkal ellentétben a milliszekundumos pulzusok nagyon alacsony ingadozást mutatnak az impulzus érkezési idejében, mivel ezek a gyorsan forgó neutroncsillagok nem mutatnak instabilitást a differenciál forgás miatt . A milliszekundumos pulzerek tehát jó jelöltek a társak keresésére a könnyű utazási időhatás révén , ami a pulzus érkezési idejének változásához vezet a helyváltozás révén, Kepler törvényei miatt . Ennek eredményeként neutroncsillagokat, fehér törpéket , barna törpéket , exobolygókat és esetleg aszteroidaöveket fedeztek fel ezredmásodperces pulzusok körül. Valószínűleg exobolygók és aszteroidaövek keletkeztek az akkréciós korongokból, amelyek ismét felgyorsították a milliszekundumos pulzusokat.

Megfelelő mozgás

Fiatal pulzárok mutatják egy átlagos önálló mozgást a jellemzően körülbelül 400 km / s csúcsértéke több mint 1000 km / s. Ezek a sebességek túl nagyok ahhoz, hogy a szupernóva-robbanás során felbomló bináris csillag eredményeként értelmezhetők legyenek . Az alábbi hipotéziseket állítottuk fel a magas, megfelelő mozgásokra, amelyek mindegyike a szupernóva aszimmetriájának tulajdonítható:

  • A unipoláris aszimmetria a szerkezet a prekurzor csillag a szupernóva és a pulzár. Ezt a hipotézist azonban a jelenlegi csillagmodellek nem támasztják alá.
  • A neutrino-emisszió aszimmetrikus sugárzása a szupernóva során. A mindössze 1 százalékos eltérés 300 km / s önmozgáshoz vezethet.
  • Az egyenetlenül kidobott héj gravitációs erői az újonnan született neutroncsillagnak a kialakulásának első másodpercében több 100 km / s- os rúgást adhatnak .

Szabálytalan impulzus profilok

Ugrás az időszakra

A forgás időtartamának folyamatos növekedése mellett a pulzárok periodikus ugrásokat (glitch) is mutatnak, amelyek során a neutroncsillag forgása nagyon rövid időn belül felgyorsul. Ezután a forgási idő a korábbinál gyorsabban növekszik, amíg az ugrás előtt el nem éri az eredeti értéket . A forgási periódus szakadatlan változása szinte minden pulzusnál bekövetkezik, kivéve a milliszekundumos pulzusokat és az 500 évnél fiatalabb fiatal neutroncsillagokat. Az az időszak, ugrások vannak értelmezve átadását perdület a szuperfolyadék belseje neutroncsillag lassabb forgó héja. Ez a modell azonban alig tudja megmagyarázni az anti-glitcheket, amelyekben a neutroncsillagok forgási időszaka ugrásszerűen növekszik. A periódus ugrásokat szokatlan röntgensugárral is bizonyították. Az ugrási aktivitás, az éves periódus kumulatív változása folyamatosan csökken a pulzárok életkorával. Lehetőséget kínál a neutroncsillag belsejének tanulmányozására.

Nulling

A nulla a pulzusok ideiglenes teljes eltűnése. Az átmenet a normál pulzusról a kikapcsolt állapotra két impulzus időtartama alatt mehet végbe, és a bekapcsolás ugyanolyan gyorsan megtörténhet. A nullázás által érintett pulzusok többsége 5 százalékos időkorlátot vesz igénybe, amely véletlenszerűen oszlik el. A rekord tulajdonosa valószínűleg J1502-5653 , amelyben a megfigyelési idő 93 százalékában nem lehet pulzust kimutatni. A nullázás oka, valamint a két állam közötti gyors váltás tudományos viták tárgya. Kikapcsolási fázis alatt a pulzár forgásának lassulása csökken. Ezért az emissziós mechanizmust valóban ki kell kapcsolni, és a nullálás tehát nem lehet más térbeli sugárzás eredménye.

A forgó rádiótranziensek a semmisség extrém formáját jelenthetik . Ezekkel pulzár, a forgatás idején 0,4-7 másodperc, csak egyes impulzusok időközönként 10 1- , hogy 10- 4 másodperc lehet kimutatni. Ezek pulzárok, mivel az egyes neutroncsillagok átmenetileg váltakoznak a pulzár és a forgó rádió között . A forgó rádió-tranziens észlelésének alacsony valószínűsége arra utal, hogy a Tejútrendszerben ötször-hatszor annyi neutroncsillag található, mint azt korábban gondolták. Ezért a mag összeomlásának szupernóváinak ennek megfelelően gyakrabban kell előfordulniuk, vagy alternatív származási csatornáknak kell létezniük.

Óriási impulzusok

A rádióhullámok területén nagy intenzitású egyedi impulzusok fordulnak elő. Kis számú pulzár, beleértve a rákködben lévő pulzárt, különösen magas impulzuscsúcsokat mutat. Az impulzus időtartama néhány nanoszekundum és mikroszekundum között van. Az óriásimpulzusok jelensége csak nagyon fiatal, ezért gyorsan forgó pulzárokban fordul elő. A rádió sugárzással összehasonlítva a gamma és a röntgensugárzás intenzitása az óriási impulzusok alatt változatlan marad. Úgy gondolják, hogy az óriási impulzusoknak ugyanaz az oka, mint a semmisségnek.

Lásd még

irodalom

web Linkek

Wikiszótár: Pulsar  - jelentésmagyarázatok, szóeredet, szinonimák, fordítások
Commons : Pulsars  - képek, videók és hangfájlok gyűjteménye

Egyéni bizonyíték

  1. A. Hewish: Pulsars . In: Az csillagászat és asztrofizika éves áttekintése . szalag 8. , 1970, pp. 265-296 , doi : 10.1146 / annurev.aa.08.090170.001405 .
  2. Röviddel a pulzárok felfedezése után szeretném bemutatni annak értelmezését, hogy mi a pulzus, ezen az első pulzárkonferencián: nevezetesen, hogy forognak a neutroncsillagok. A konferencia főszervezője azt mondta nekem: "Tommy, ha megengedem ezt az őrült értelmezést, nincs korlátozva, hogy mit kellene engednem." Nem engedtek öt perc szót, bár valójában Néhány hónappal később ugyanez a szervező elkezdett dolgozni a következő mondattal: "Ma már általában azt tartják, hogy a pulzárok neutroncsillagokat forgatnak." → Thomas Gold: Új ötletek a tudományban. In: Journal of Scientific Exploration. 1989, 3. kötet, 2. szám, 103-112.
  3. B a b Georg Wolschin: Pulsarok, mint gravitációs hullámdetektor . In: A tudomány spektruma . Nem. 2010. 05. 05. , ISSN  0170-2971 , p. 16-18 .
  4. Donald C. Backer , Shrinivas R. Kulkarni , Carl E. Heiles , Michael M. Davis, W. Miller Goss: Egy milliszekundumos pulzár. In: Természet . 300. évfolyam, 1982, 615-618. O., Doi: 10.1038 / 300615a0 .
  5. David W. Allan: A milliszekundumos Pulsar vetélytársai a legjobb atomórák stabilitása. 41. éves szimpózium a frekvenciaszabályozásról. 1987, doi: 10.1109 / FREQ.1987.2004 ( PDF a NIST-nél).
  6. ^ RN Manchester és mtsai: A Parkes Pulsar Timing Array Project . Az Ausztráliai Astronomical Society publikációi, 2013. október 30., doi: 10.1017 / pasa.2012.017 (Nyílt hozzáférés).
  7. ^ Wei-Min Liu, Wen-Cong Chen: A milliszekundumos pulzusok őssejtjeiről az újrafeldolgozó evolúciós csatornán keresztül . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2011, arxiv : 1106.1567v1 .
  8. Thomas M. Tauris: Öt és fél út egy ezredmásodperces pulzus kialakításához . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2011, arxiv : 1106.0897v1 .
  9. RHH Huang, AKH Kong, J. Takata, CY Hui, LCC Lin, KS Cheng: A Black Widow Pulsar PSR B1957 + 20 röntgenvizsgálatai . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2012, arxiv : 1209.5871 .
  10. Jason Boyles, Duncan R. Lorimer, Phil J. Turk, Robert Mnatsakanov, Ryan S. Lynch, Scott M. Ransom, Paulo C. Freire, Khris Belczynski: Young Radio Pulsars in Galactic Globular Clusters . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2011, arxiv : 1108.4402v1 .
  11. Paulo CC Freire: A Pulsar lakossága gömbhalmazokban és a Galaxisban . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2012, arxiv : 1210.3984 .
  12. RM Shannon et al.: AN aszteroidaövezet ÉRTELMEZÉSE az időzítése variációi milliszekundumos PULSAR B1937 + 21 . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2013, arxiv : 1301.6429 .
  13. Hans-Thomas Janka: A mag-összeomlás szupernóváinak robbanási mechanizmusai . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2012, arxiv : 1206.2503v1 .
  14. Cristobal M. Espinoza, Andrew G. Lyne, Ben W. Stappers, Michael Kramer: 315 hiba tanulmányozása 102 pulzus forgatásakor . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2011, arxiv : 1102.1743 .
  15. ^ RF Archibald, VM Kaspi, C. -Y. Ng, KN Gourgouliatos, D. Tsang, P. Scholz, AP Beardmore, N. Gehrels, JA Kennea: An Glitch in a Magnetar . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2013, arxiv : 1305.6894v1 .
  16. JO Urama, BC Joshi, AE Chukwude: A glitch Evolution pulzárok . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2013, arxiv : 1304.4467v1 .
  17. J. Li, A. Esamdin, RN Manchester, MF Qian Niu HB: A szélsőségesen nullázó pulzár sugárzási tulajdonságai J1502 -5653 . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2012, arxiv : 1206.6156 .
  18. ^ Andrew Lyne: Időzítési zaj és a pulzárprofilok hosszú távú stabilitása . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2012, arxiv : 1212.2250 .
  19. A. Esamdin, D. Abdurixit, RN Manchester, HB Niu: PSR B0826-34: Néha RRAT . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2012, arxiv : astro-ph / 0608311 .
  20. S. Burke Spolaor: Forgó rádióátmenetek és helyük a pulzár között . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2012, arxiv : 1212.1716 .
  21. ^ NE Lewandowska: A rákos impulzusok és a rákos pulzus nagyon magas energiájú fotonjainak korrelációs vizsgálata. Értekezés, Julius-Maximilians-Universität Würzburg 2015, 59. o., Hozzáférés 2020. január 5-én.
  22. Ashok K. Singal és Hari Om Vats: Óriási impulzus-kibocsátás a PSR B0950 + 08-ból . In: Asztrofizika. Nap- és csillag-asztrofizika . 2012, arxiv : 1209.5093 .