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13psrb1919+21的“物理身份证”
:精确测量的背后通过后续观测,科学家精确测量了psrb1919+21的参数:质量:14±02☉(通过双星系统或引力波观测验证);半径:10±1公里(通过vlbi甚长基线干涉仪测量角直径,结合距离计算);密度:~101?g3(质量除以体积);磁场:1012±1011高斯(通过脉冲宽度与周期的关系计算);自转周期变化率:?=37x10?1?秒秒(每年减少约12毫秒)。
这些参数不仅验证了中子星的理论模型,更让psrb1919+21成为“标准中子星”
——其他脉冲星的参数,都可以与它对比研究。
二、动态的“宇宙灯塔”
:自转、磁场与演化psrb1919+21不是“静止”
的天体,它在自转减速、磁场衰减,未来还会面临演化终点。
这些动态过程,藏着宇宙能量流动的秘密。
21自转减速:能量是如何“流失”
的?psrb1919+21的周期每年增加约12毫秒——这意味着它的自转在缓慢减速。
能量从哪里流失?答案是磁偶极辐射(agicdipoleradiation)。
中子星的强磁场与自转相互作用,会产生电磁辐射——就像发电机发电一样。
这种辐射会带走中子星的旋转能量,导致自转减速。
能量损失率的公式是:frac{de}{dt}=-frac{2}{3}frac{u2oga4}{c3}其中,μ是磁矩(与中子星磁场相关),w是自转角速度,c是光速。
计算显示,psrb1919+21每年损失的能量约为1031erg——相当于太阳一年能量输出的10??倍。
虽然看起来很少,但足以让它的周期在100万年后增加约1秒。
22磁场的“衰减”
:从101?高斯到1012高斯中子星的初始磁场(刚形成时)可能高达101?高斯(是现在的1000倍)。
为什么现在只有1012高斯?答案是磁场衰减。
中子星的磁场来自液态外核的发电机效应:液态金属的对流产生电流,进而生成磁场。
但随着时间推移,中子星的温度下降,对流减弱,发电机效应失效,磁场逐渐衰减。
psrb1919+21的磁场衰减率约为每年10?13高斯——这个过程将持续数十亿年,直到磁场减弱到与普通恒星相当。
23未来的命运:会不会变成黑洞?中子星的最终命运,取决于它的质量。
根据奥本海默-沃尔科夫极限(oppenheir-volkoffliit),中子星的最大质量约为2-3☉。
超过这个极限,中子简并压力无法对抗引力,会坍缩成黑洞。
psrb1919+21的质量是14☉,远低于极限。
它的未来有两种可能:永远旋转:如果自转减速足够慢,它会一直作为脉冲星存在,直到磁场完全消失;合并成黑洞:如果它与另一颗中子星合并(概率极低),总质量超过极限,会坍缩成黑洞,释放出引力波。
三、宇宙中的“标准工具”
:psrb1919+21的应用psrb1919+21不仅是天文学的研究对象,更是宇宙的“标准工具”
——它在星际介质研究、引力理论测试、甚至未来导航中,都发挥着重要作用。
31星际介质的“探针”
:绘制银河系的电子地图脉冲星的射电信号穿过星际介质时,会与其中的自由电子相互作用:高频波比低频波传播得更快,导致脉冲“展宽”
(dispersion)。
通过测量色散量(d,dispersionasure),可以计算星际介质的电子密度:小主,这个章节后面还有哦,,后面更精彩!
d=tn_edl其中,n_e是电子密度(单位:?3),dl是信号穿过的路径长度(单位:pc)。
psrb1919+21的d约为30pc?3——这意味着它的信号穿过了约30个电子立方厘米的星际介质。
通过分析它的色散量,科学家绘制了银河系的电子密度地图,了解了星际介质的分布与演化。
32引力理论的“测试场”
:检验广义相对论广义相对论预测,旋转的大质量天体会拖曳周围的时空(fradraggg)。
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