超新星遗迹和脉冲星成协系统

1、超新星遗迹和脉冲星成协系统超新星遗迹和脉冲星成协系统田文武 2009年7月于北京脉冲星夏校Doctor of Phenomenology和 Doctor of Philosophy=哲学博士Doctor of Phen. 区别于Doctor of Phil. 哲学博士是哲学家有三思: 思想、思路、思考. 思想得自己弄思想得自己弄. . 思路就是讲故事,宣传自己的创作。 思考:一个没有结论的博士论文有更多的思考. “学好数理化，走遍天下都不怕”，能把数理化合为一体的人，只有哲学家了。有三思才是真博士! 研究的三个层次: 责任; 兴趣; 激情! 研究生重在研究, 学次之. 大学不应该是贩卖证书的机

2、关大学不应该是贩卖证书的机关! !今天的故事 为什么要研究超新星遗迹和脉冲星成协为什么要研究超新星遗迹和脉冲星成协?换句话说成协的物理内因是什么换句话说成协的物理内因是什么?研究它研究它们对我们了解脉冲星有何帮助们对我们了解脉冲星有何帮助? 如何判断超新星遗迹和脉冲星成协如何判断超新星遗迹和脉冲星成协? 目前已知约目前已知约50对可能的成协系统对可能的成协系统, 与已观与已观测到超新星遗迹和脉冲星数量相比有很大测到超新星遗迹和脉冲星数量相比有很大出入出入, 为什么为什么?Hertzsprung-Russell 图 恒星表面温度和光度关系图 低质量恒星的命运大质量恒星的命运8-25M8-25MS

3、un25M25MSun大质量恒星热核演化大质量恒星热核演化/Fe/Fe核最稳定核最稳定-?-?H-包层包层H-燃烧壳层燃烧壳层He-燃烧壳层燃烧壳层C-燃烧壳燃烧壳层层Ne-燃烧壳层燃烧壳层O-燃烧壳层燃烧壳层Si-燃烧壳层燃烧壳层Fe 核心核心T (3-5) 109K没有没有SNR, 就没有太阳就没有太阳,月亮和生命月亮和生命量子效应和简并星(WD和NS) 不确定原理和保利不相容原理的运用导致简并压(电子和中子); 对比热气压. 椅子=量子态; 人=电子/中子超新星遗迹和脉冲星成协依据超新星遗迹和脉冲星成协依据 最简单/最不可靠的方法:空间位置相关. 距离,年龄一致,投影横向移动方向和速度.

4、 最有物理内因的方法:有脉冲星风云产生. 遗迹内有X-射线脉冲星:磁星天文测距方法脉冲星的年龄和距离Braking Index: n=3P0P P0 和和t 是可测量是可测量 Dispersion Measure : DM =ne dl cm-3 pc Delayed Arr. Times: t =4.15vlo-vhiDM ms Integrated free electron density: ne cm-3HI观测限定观测限定超新星遗迹超新星遗迹的距离的距离Calculated radial velocity as a function of distance along a line

5、of sight in the Galactic plane at l = 29.7 degreeFormula: Vr= Ro sin l (V(R)/R Vo/Ro). V(R):circular orbit speed of a star; R:Galactocentric radius; Vr:radial velocity超新星遗迹的年龄超新星遗迹的四个演化阶段:Phase I II III Mass swept up (M) 5 几十 1000Velocity (km/s) 10000 200 20Radius (pc) 1 10 30 Time (yrs) 2000 40000

6、100,000Phase IV represents disappearance of remnant自由扩展阶段自由扩展阶段- Phase I 前锋激波扫过的星际间物质质量只占爆炸抛射物前锋激波扫过的星际间物质质量只占爆炸抛射物质质量的一小部分质质量的一小部分: )(34300tRm(1)().(34(30000tvtRmvm(2)动量动量守恒守恒前锋激波速度几乎不变前锋激波速度几乎不变: v(t) v R(t) vtPhase II 绝热扩展阶段绝热扩展阶段(Sedev)激波扫过的星际间物质质量已远超爆炸抛激波扫过的星际间物质质量已远超爆炸抛射物质质量射物质质量, but radiativ

7、e losses are unimportant in this phase - no exchange of heat with surroundings.)(34300tRm(3)()(343000tvtRvmdttdRtR)()(3430(4)R(t) = 4v(t).t v(t) = R(t)/4t)(34000tRtvm(5)Phase III 快速辐射冷却阶段快速辐射冷却阶段(Snow-plow) SNR cooled(106 K), no high pressure to drive it forward. Electrons recombines with the heavie

8、r atoms, so the cooled shell can more efficiently radiate most of its energy away as optical light. SNR quickly develops a thin shell. Residual hot gas in interior emits weak X-rays.vR0334=constant, V 1/R3Phase IV 逐渐消逝阶段逐渐消逝阶段 ISM has random velocities 10 km/s. When velocity (SNR) is 10 km/s, it mer

9、ges with the ISM and is lost after 1,000,000 yrs.超新星遗迹和脉冲星风云超新星遗迹和脉冲星风云:SNR G21.5-0.9年轻年轻PSR J1833-1034 (Gaensler & Slane 2006)(a):Vela SNR G263.9-3.3 at 2.4 GHz/PWN B0833-45(b) : SNR G327.1-1.1 at 843 MHz(red): relic PWN, an likely PSR (X-rays, blue) outside of radio PWN (a):SNR W44 at 1.4 GHz

10、(+8.4 GHz)/超声速移动的年轻超声速移动的年轻 PSR B1853+01和它的和它的bow-shock PWN(b):再生黑寡妇黑寡妇 PSR B1957+20 和 它的弓激波脉冲星风云, Hemission (green) + Chandra X-ray (red)弓激波脉冲星风云模拟, PSR J1747-2958 和和PWNG359.23-0.82(Gaensler et al. 2004) Chandra X-rays (blue) VLA Radio (red)超新星遗迹和磁星(X-射线脉冲星) 一些一些超新星遗迹内无射电脉冲星但有一类射电宁超新星遗迹内无射电脉冲星但有一类射

11、电宁静的点源静的点源, , 它们有持续的它们有持续的X X射线脉冲射线脉冲: : Anomalous X-ray Pulsars (反常X射线脉冲星) Soft Gamma Repeaters (软重复爆) 特征: 周期:5-12 s, dP/dt: 10-11ss-1 (典型值), 磁场非常强: B 1014 - 1015 Gauss. 故也称为磁星(Magnitar). 迄今发现的磁星总数已达18颗: : http:/www.physics.mcgill.ca/pulsar/magnetar/main.html已知超新星遗迹和脉冲星数量已知超新星遗迹和脉冲星数量 1800多颗PSRs和27

12、4颗河内SNRs. 几个网址: A 2009-version Catalogue of Galactic SNRs: http:/www.mrao.cam.ac.uk/surveys/snrs/ ATNF pulsar Catalogue version: 1.36 http:/www.atnf.csiro.au/research/pulsar/psrcat 相关联相关联超新星遗迹和脉冲星对的数量超新星遗迹和脉冲星对的数量:40-60人类历史上有文字纪录的超新星事件人类历史上有文字纪录的超新星事件爆发时间 (AD)光度极大星等最早发现者超新星遗迹和脉冲星(SNR and PSR)185 ? -

13、8中国RCW 86/X-ray point source386?中国G11.2-0.3 / J1811-1925393-1中国RX J1713.7-3946 / no PSR 1006-10中国/阿拉伯SN 1006 / no PSR1054-5中国中国/日本日本Crab Nebula / B0351+211181-1中国中国/日本日本3C 58/ X+Radio J0205+64491572-4丹麦丹麦/ /中中/ /日日Tycho / SN 1a1604-3KeplerKepler / SN 1a?1667-16805 ?John lamsteed ?Cas A / X-ray point source1987+2.9Ian SheltonSN 1987A / no PSR1054超新星遗迹超新星遗迹:蟹状星云及其脉冲星蟹状星云及其脉冲星(PSR0531)3C 58/ X+Radio PSR J0205+6449数量差异极大可能的原因数量差异极大可能的原因 选择效应:亮的先看到! 寿命差距很大:脉冲星可以老于1百万年. 诞生率很不一样: 脉冲星有其它起源? 天体射电信号太弱:需要FAST! 脉冲星射电辐射束角度小,没有扫过地球