雙脈沖星，是指2003年天文學家發現了的對中子星的軌道相互交錯，并且發出輻射光線。這兩顆中子星都是脈沖星。對這組旋轉天體的深入研究將能為阿爾伯特·愛因斯坦的引力波理論提供最為嚴格的實驗。2003年年末該發現被《科學》雜志評為年度科學十大突破之一，天文學家希望通過研究輻射光線來獲取有關中子星內部物質密度的信息。
發現歷史
自從人類直立行走以來，星空的魅力吸引了無數人的關注，盡管已知了許多關于星空的知識，但人們對它的探索從未停止。1974年，拉塞爾·赫爾斯和J.H.泰勒教授首次發現了射電脈沖雙星PSR1913+16，此后，天文學家花費了30年時間才發現了這個雙脈沖星系統，這是繼1974年以來的一個重要發現。2003年4月，PSR J0737-3039A被發現，其周期為22毫秒，脈沖周期呈現出規律性的變化。這些數據促使科學家確認這是一個雙星系統，并在2003年12月的《自然》雜志上發表了相關研究成果。2004年，隨著對澳大利亞Parkes天文望遠鏡數據的重新分析，研究人員證實B星也是一顆脈沖星。同年，天文學家宣布發現了由一對高速旋轉的脈沖星組成的雙星系統，命名為PSRJ0737-3039A/B，這一發現被認為是中子星研究領域的重要里程碑。與1974年發現的PSR1913+16脈沖雙星相比，該雙脈沖星系統的軌道周期更短，引力輻射更強，因此被認為是一個更為理想的引力波實驗室。此外，雙星系統中的兩顆星均為脈沖星，這也使其成為一個研究兩顆脈沖星之間相互影響的理想實驗室。
特征
從演化角度來看，雙星系統的形成概率較小，而雙脈沖星系統則更加罕見。要形成雙中子星系統，兩顆恒星的質量都需要較大。通常情況下，第二顆恒星在演化至超新星爆發階段時，會在產生第二顆中子星的同時破壞原有的雙星系統，只有極少數能夠幸存下來形成雙中子星系統。然而，此次發現的雙脈沖星系統不僅未被摧毀，還包含了一顆毫秒脈沖星（A星，周期22毫秒）和一顆正常脈沖星（B星，周期2.27秒）。其中，A星較古老，轉速較快，磁場較弱；B星較年輕，轉速較慢，磁場較強。這種組合恰好符合毫秒脈沖星形成的理論模型。
研究挑戰
雙脈沖星的發現極具挑戰性，因為只有當兩個脈沖星的輻射束均能掃過地球時，才有機會發現此類系統。然而，脈沖星的輻射束狹窄，兩顆星同時掃描地球的概率較低。本次發現得益于多個國家的合作，以及澳大利亞Parkes天文臺的64米口徑射電望遠鏡的持續搜索。
研究前景
除了驗證阿爾伯特·愛因斯坦引力波理論的重大課題之外，雙脈沖星系統的研究還涉及多個新穎的問題。首先，兩顆脈沖星之間的相互作用引起了科學家的關注。在一個軌道周期的2.4小時內，B星僅有短暫的兩個10分鐘時段可見，這可能是由于A星的“星風”對其產生了影響，但具體的影響機制尚不清楚。其次，兩顆脈沖星的輻射可能會穿過對方的磁層，尤其是B星的磁層比A星的大100倍，這使得探測變得更加容易，探測結果令人期待。此外，A星和B星的軌道進動幅度巨大，分別為每年75度和71度，這意味著軌道的進動可能導致脈沖輪廓形狀的變化，這也是一個引人注目的觀測課題。然而，近年來的觀測并未顯示出預期的脈沖輪廓變化，這引發了對脈沖星燈塔模型的質疑。
新星合并預測
預計在未來8500萬年內，雙脈沖星系統將經歷一次新星合并事件，屆時將釋放出強烈的引力波，有望被地球上最先進的引力波探測器所探測到。相比之下，1974年發現的PSR1913+16脈沖雙星預計需要100年才會發生一次新星合并事件，而新發現的雙脈沖星系統預計只需約十年即可發生一次合并事件。這對雙星的軌道周期僅為2.4小時，軌道較為圓形，橢率為0.088，平均速度達到了0.1%的光速。A星質量為1.337太陽質量，伴星質量為1.251太陽質量。兩顆脈沖星的距離比PSR1913+16更接近，約為90萬千米，引力輻射更強，一年就能觀測到明顯的軌道變化。
引力波探測研究
長期以來，物理學家一直在嘗試設計各種裝置以探測來自宇宙空間的引力波，但尚未取得成功。1974年射電脈沖雙星的發現曾為引力波的探測帶來了希望。美國的拉塞爾·赫爾斯和J.H.泰勒教授發現的這個雙星系統由兩個中子星組成，軌道周期短，僅為7.75小時。軌道呈橢圓形，橢率高達0.617，導致軌道速度最高可達十分之一光速。兩顆中子星距離較近，引力輻射強烈。引力輻射會使兩顆中子星逐漸靠近，軌道周期縮短。廣義相對論理論已經精確計算出了軌道周期的變化率。為了檢測引力波的存在，關鍵在于通過觀測精確測量射電脈沖雙星的軌道周期變化。泰勒等人利用世界最大射電望遠鏡進行了數千次觀測，為人類證實引力波的存在提供了證據。因此，拉塞爾·赫爾斯和J.H.泰勒獲得了1993年的諾貝爾物理學獎。對于新發現的雙脈沖星系統的觀測，將為阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論和引力波理論提供迄今為止最嚴格的檢驗。如果按照相對論理論，它們的高密度會導致空間彎曲。當它們與地球處于同一條直線上時，假設B星位于遠處，A星位于近處，B星的脈沖信號需要穿過A星周圍的彎曲空間才能抵達地球。這種現象已被科學家觀測到，額外的路徑延遲了信號約100微秒，這表明在那個位置，空間確實發生了彎曲。
中子星形成
大質量恒星在老化過程中，其外部輻射壓力無法抵抗內部引力，導致外殼膨脹，核心收縮。在極端的壓力和溫度條件下，電子會被壓縮到原子核中，與質子結合形成中子，從而使原子只由中子構成。此時，恒星的外殼將通過一次極為壯觀的超新星爆發結束其生命周期，留下核心，形成了中子星。正是因為這種演化過程，中子星也被稱作“死亡之星”。
引力波形成
阿爾伯特·愛因斯坦在其1916年的廣義相對論中預言，宇宙空間可能存在引力波。他提出，任何具有質量的物體在加速運動時都會產生引力波。引力波會對其他有質量的物體產生影響。
參考資料 >
雙脈沖 星.道客巴巴.2024-11-11
宇宙中光明的燈塔——脈沖星.今日頭條.2024-11-11
新研究稱特大質量黑洞合并產生的引力波或將在10年內被發現.網易.2024-11-11