毫秒脉冲星引力波 致密天体与弥漫介质研究团组课件

脉冲双星测时、毫秒脉冲星 、引力波 脉冲星天文学第6、11章 游霄鹏 西南大学物理科学与技术学院 内容概要 脉冲双星测时及天体测量 毫秒脉冲星及双星系统 引力波探测简介 脉冲双星系统简介 一些脉冲星会与另一颗星相互绕转组成双星。轨 道周期范围为1.6小时到几年。 极少部分的正常脉冲星与一半以上的毫秒脉冲星 处在双星系统中。 脉冲双星的伴星质量范围：很低质量的白矮星（ 0.01M）到大质量的恒星（1015M ） 9个脉冲星的伴星是中子星。 一个脉冲星有三个行星绕其旋转。 双星轨道参数 双星轨道运动 确定双星轨道的几个要素： 1、几何要素： 1）半长径a 2）偏心率e 2、位置要素： 1）轨道倾角i 2）近心点经度 3、时间 要素： 1）周期Pb 2）过近心点时刻T0 5个开普勒参数:Pb ，x = a sin i，e，T0 问题：观测上如何知道是双星？ 问题：如何用脉冲星测时测这些参数？ TOA (measured using the observatory clock) Residual 脉冲星测时 Fold Fold Model 脉冲星测时的方法：观测 基本的脉冲星测时观测 观测误差 把观测到的望远镜到达时间改正到太阳系中心 ：观测站时间改为国际原子时 ：色散量改正 ( D=DM/(2.4110-16)s ) ：Roemer 项改正 ：太阳系的Shapiro延迟项改正 ：地球的Einstein延迟改正 脉冲星测时的方法：模型 获得一系列改 正到SSB在t 时 刻的TOA 脉冲星测时模 型，惯性系 周期 周期导数 位置 自行 最小二乘法 视向速度曲线 1、双星运动脉冲星周期调制 PSR B1913+16 ：真近点角 2、周期变化推算轨道参数 观测到的周期为 e 其中E:：偏近点角 平近点角：M=E-esinE 真近点角、平近点角、偏近点角 或 T 质量函数： 开普勒第三定律: 42(ap+ac)3/pb2=G(mp+mc) 双星系统的相对论效应 双星对到达时间的调制与太阳系类似 Roemer 项Einstein 项Shapiro 项 ：轨道质量因子； u：偏近点角 r: “range” 项 s: “shape”项 ：轨道相位 注：shapiro延迟可以用来测轨道倾角 i和伴星质量mc Shapiro 延时 - PSR J1909-3744 (Jacoby et al. 2005) P = 2.947 ms Pb = 1.533 d Parkes 测时 CPSR2 时间残差: 10分钟: 230 ns 日常观测 (2 小时): 74 ns shaprio延迟可得: i = 86.58 0.1 deg mc = 0.204 0.002 M 质量函数可得: mp = 1.438 0.024 M 双星轨道的相对论演化 相对论双星开普勒常数会发生变化 最早测近日点进动的是水星 43 arc/century PSR B1913+16 4.2 deg/year （GM/c2r） 进动可以测双星的总质量 PSR B1913+16 mp+mc=2.8M 1. 轨道进动 Mp = 1.4408 0.0003 M Mc = 1.3873 0.0003 M (Weisberg Wolszczan et al. (2000) A: 3.4 MEarth, 66.5天 B: 2.8 MEarth, 98.2天 C: 1 MMoon, 25.3天 探测脉冲星-行星系统 探测DM的变化，提高timing精度 DM variations from ISM 20 MSPs (You et al., 2007) 太阳风性质的研究-B、ne RM变化 DM变化 (You et al., 2008,2012) 内容概要 脉冲双星测时及天体测量 毫秒脉冲星及双星系统 引力波探测简介 不同的脉冲星族群 别于“正常”脉冲星 特征参数不同 正常脉冲星 周期：1 s 磁场：1012 G 年龄：106 yr 毫秒脉冲星 周期：10 ms 磁场：108 G 年龄：1010 yr 双星系统 X射线源中子星：大部分双星，仅1/10射电脉冲 星是双星？Why？ 双星非常普遍：70% OB型星，70% Pb Roche lobe 0.5RPWN 球状星团脉冲星 LMXB 20% in GC B1821-24 首个MSP in GC In M28 陡谱 高偏振 B1620-26 In M4 双星 圆轨道 长Pb=191 day (Lyne et al., 1988a) (Lyne et al., 1987) 更多GC脉冲星的发现 47 Tuc 发现了23颗 20.1M，CO或ONeMg白矮星 例外：高椭率、伴星为主序星， 大尺度，GC的自引力可以加速脉冲星，影响 PSRs B2127+11A, D， 为负值 小尺度，几乎碰撞，破坏圆轨道产生高椭率 首次证实了DM在GC近远端的变化 毫秒脉冲星的磁场 108109G，比PSR 小3个量级？ 需要解释的现象 原始1012G recycle减低磁场 108G后停止，不再 衰减。 可能的解释 欧姆耗散？ 吸积流屏蔽 毫秒脉冲星的速度 测量方法：timing和干涉成像法 速度分布(Hobbs et al. 2005) 121625 kms-1 307(3Myr) 87(MSP) Old 10颗，100ns，其余的，1s PTA项目的意义 探测纳赫兹的引力波 引力波强度上限 排除各类引力波模型 建立脉冲星时间尺度 计时 时间稳定性研究 研究太阳系参数 探测行星质量等 改