PSR B1937+21是一顆位于狐貍座的脈沖星，離人類歷史上發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星PSR B1919+21僅有數(shù)度的距離。
命名規(guī)則
PSR B1937+21的命名是根據(jù)脈沖星的命名規(guī)則而定的：PSR是脈沖星英文pulsar的縮寫，1937是指該脈沖星位于赤經(jīng)19 37 ，+21是指其位于赤緯+21°，B意味著赤經(jīng)赤緯值是歸算到歷元1950年的值。PSR B1937+21是在1982年由美國(guó)天文物理學(xué)家唐納德·貝克和他的合作者所發(fā)現(xiàn)的。
發(fā)現(xiàn)過程
歷史上發(fā)現(xiàn)的首顆脈沖星PSR B1919+21是在1967年由劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的研究生約瑟琳·伯奈爾和她的導(dǎo)師安東尼·休伊什發(fā)現(xiàn)的。在脈沖星被發(fā)現(xiàn)后不久，弗朗科·帕西尼和戈?duì)柕?/a>兩人獨(dú)立地指出脈沖星就是快速自轉(zhuǎn)的中子星，是10倍以上太陽質(zhì)量的恒星死亡時(shí)發(fā)生超新星爆炸的產(chǎn)物。脈沖星輻射出的電磁波是由位于其周圍高速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)中的等離子體相互作用所引起。這種相互作用引起脈沖星的燈塔效應(yīng)，即輻射只能沿著磁軸方向，從兩個(gè)磁極區(qū)輻射出來。由于中子星的自轉(zhuǎn)軸和磁軸一般并不重合，每當(dāng)射電波束掃過地球時(shí)，就接收到一個(gè)脈沖。
20世紀(jì)70年代末，射電源4C21.53引起射電天文學(xué)家的注意，因?yàn)樗哂挟惓８叩男行请H閃爍。行星際閃爍意味著附近有致密的射電源，這表示4C21.53可能就是一個(gè)超新星遺跡。但羅塞爾·赫爾斯和J.H.泰勒在1974年利用阿雷西博天文臺(tái)的射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行中國(guó)空間站工程巡天望遠(yuǎn)鏡時(shí)曾經(jīng)觀測(cè)過這個(gè)天區(qū)，并沒有發(fā)現(xiàn)和4C21.53有關(guān)的脈沖星。由于沒有人能估計(jì)到脈沖星的自轉(zhuǎn)周期可能短至毫秒級(jí)，因次之后的一些研究小組對(duì)這個(gè)射電源進(jìn)行反復(fù)觀測(cè)也始終無法找到相應(yīng)的脈沖星。于是科學(xué)家提出了一系列對(duì)4C21.53出現(xiàn)閃爍的新解釋，其中有一種解釋是4C21.53可能對(duì)應(yīng)一種新類型的天體。
自從1967年英國(guó)女科學(xué)家喬林斯·貝爾發(fā)現(xiàn)第一顆脈沖星以來，這一領(lǐng)域已經(jīng)變得死氣沉沉。該領(lǐng)域的一項(xiàng)里程碑式發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在1974年，當(dāng)時(shí)羅素·哈爾斯(Russell Hulse)和J.H.泰勒(約瑟夫 Taylor)發(fā)現(xiàn)了一對(duì)正在相互繞轉(zhuǎn)并逐漸彼此接近的脈沖星。在這一過程中，這兩顆脈沖星的能量必定正在不斷以引力波的形式發(fā)生散失，引力波是時(shí)空中的漣漪。
這兩人進(jìn)行的測(cè)量時(shí)迄今人類所獲得有關(guān)引力波存在的最清晰證據(jù)，從而證明了阿爾伯特·愛因斯坦在其廣義相對(duì)論中所作出的預(yù)言。1993年，由于在這方面做出的開創(chuàng)性工作，這兩位物理學(xué)家被授予諾貝爾獎(jiǎng)。庫卡尼表示：“那是這個(gè)領(lǐng)域的巔峰時(shí)期。但在那之后，這個(gè)領(lǐng)域僅剩下的唯一可做的事情似乎就是發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星而已了。到了1982年，有一種感覺就是，似乎關(guān)于脈沖星的一切都已經(jīng)被搞清楚了。”
直到庫卡尼發(fā)現(xiàn)首顆毫秒脈沖星，這種死氣沉沉的局面才終于被打破。自那以后，天文學(xué)家們又找到了大約300顆屬于這一類別的脈沖星。他們認(rèn)為僅在銀河系中就有超過2萬顆毫秒脈沖星，另外還有數(shù)量大致相同的常規(guī)脈沖星——聽上去似乎數(shù)量不少，但相比銀河系內(nèi)動(dòng)輒數(shù)以千億計(jì)的恒星數(shù)量，這類神秘天體的數(shù)量實(shí)際上是極其稀少的。庫卡尼發(fā)現(xiàn)的脈沖星PSR B1937+21一直保持著自轉(zhuǎn)速度最快天體的記錄直到2006年。就在1982年，與當(dāng)年發(fā)現(xiàn)首顆毫秒脈沖星時(shí)的庫卡尼一樣還是研究生身份的杰森·赫塞爾斯(Jason Hessels)發(fā)現(xiàn)了一顆編號(hào)為Terzan 5ad的脈沖星，這是一顆非常暗弱的脈沖星，但其自轉(zhuǎn)速度高達(dá)每秒716圈。
美國(guó)天文物理學(xué)家唐納德·貝克和他的合作者在1982年意識(shí)到這可能和射電源隱藏的脈沖星自轉(zhuǎn)速度快，超過了儀器接收和測(cè)量的敏感度有關(guān)。貝克利用阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡和新研制的消色散能力很強(qiáng)的接收機(jī)，在觀測(cè)時(shí)不斷調(diào)整接收機(jī)的時(shí)間常數(shù)，其中包括對(duì)極短脈沖周期敏感的常數(shù)。他們最初的計(jì)劃時(shí)是先將儀器調(diào)到對(duì)轉(zhuǎn)速500赫茲以下敏感的波段尋找，如果是這樣的話，每秒自轉(zhuǎn)642次的PSR B1937+21將不會(huì)這么快就被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)貝克的學(xué)生史瑞·庫卡尼簡(jiǎn)化了程序，直接采用0.4毫秒周期的波段，這樣的話可以尋找到轉(zhuǎn)速最快為2500赫茲的脈沖星。 1982年11月，貝克宣布尋找到4C21.53對(duì)應(yīng)的脈沖星，它的自轉(zhuǎn)周期為1.558毫秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天文學(xué)家之前設(shè)想的脈沖星自轉(zhuǎn)極限。
天文數(shù)據(jù)
PSR B1937+21屬于毫秒脈沖星，為中子星的一種，自轉(zhuǎn)周期為6.22毫秒，質(zhì)量上限為地球1000倍。
研究歷史
在1990年亞歷山大·沃斯贊發(fā)現(xiàn)PSR B1257+12擁有行星后，科學(xué)家重新分析PSR B1937+21等超新星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，看是否能發(fā)現(xiàn)類似的行星。
1994年，科學(xué)家確定PSR B1937+21有一顆距離在2個(gè)天文單位以內(nèi)，質(zhì)量上限為地球1000倍的行星。
1999年，沃斯贊指出PSR B1937+21發(fā)出的脈沖波周期有細(xì)微的差別，之前日本人Tokio Fukushima通過分析也相同的結(jié)論，這可能是由圍繞它旋轉(zhuǎn)的矮行星引起的。經(jīng)過計(jì)算可知，一個(gè)類似谷神星大小的矮行星在距離這顆脈沖星2.71天文單位可引起這樣的效應(yīng)，但仍然需要更多的觀察數(shù)據(jù)對(duì)這種假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證。
實(shí)際應(yīng)用
在PSR B1937+21自轉(zhuǎn)速度高達(dá)每秒716圈的高速和巨大的質(zhì)量下，毫秒脈沖星將具備巨大的角動(dòng)量，因此它們的自轉(zhuǎn)速度將很難慢下來。這就讓它們?cè)诼L(zhǎng)的時(shí)間里能夠一直保持近乎不變的自轉(zhuǎn)周期。當(dāng)毫秒脈沖星最早被發(fā)現(xiàn)時(shí)，它們的自轉(zhuǎn)周期精度幾乎可以與地球上最精確的原子鐘相媲美。目前在荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)擔(dān)任教職的赫塞爾斯表示，時(shí)至今日，最新一代的原子鐘的計(jì)時(shí)精度已經(jīng)超過了脈沖星，但如果放在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度下，比如數(shù)十年的時(shí)間里去比較，那么毫秒脈沖星的計(jì)時(shí)精度仍然可以達(dá)到與最新的原子鐘不相上下的地步。
即便經(jīng)過數(shù)十億年之后，毫秒脈沖星的自轉(zhuǎn)周期也只會(huì)延長(zhǎng)幾個(gè)毫秒而已，但由于天文學(xué)家們能夠精確測(cè)定其減速速率，因此他們就可以扣除減速效應(yīng)的影響并繼續(xù)將它們用作精確的計(jì)時(shí)工具。
參考資料 >