天文学概论12中子星和类星体
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随着时间流逝，脉 冲星不断的损失能 量和角动量。
=> 脉冲星的旋转 逐渐变慢。
脉冲星的灯塔模型
一颗脉冲星磁 场偶极结构,就 像地球一样。
辐射发射 主要沿磁 极。
脉冲星和其他中子星
帆船座脉冲星正穿过星际 空间。
蟹状星云脉冲星
蟹状星云脉冲星
脉冲星风+喷流
公元1054观测到的超新星的遗迹。
蟹状星云脉冲星(2)
1934年，以超新星为主要研究领域的德国-美国 天文学家巴德（Baade，Walter 1893～1960） 和瑞士天文学家兹维基（Zwicky，Fritz 1898～1974）分别提出，在超新星爆发之后， 其核心将形成中子星。
中子星
1939年，美国物理学家奥本海默与沃尔科夫 根据广义相对论进一步求出了中子星的结构。 但是对中子星观测的进展却进行得十分缓慢。
可见光图像
X射线图像
蟹状星云脉冲星的光变
毫秒
中子星的自行
一些中子星 在星际空间 中移动迅速。
这可能是超新星爆炸形成中子星时各 向异性造成的结果。
双脉冲星
一些脉冲星会和其他中子星（或 黑洞）结成对。
脉冲星远离地球时其轨道运动 所引起的径向速度会延长脉冲
星周期…
…当脉冲星靠近地球时会缩短 脉冲周期。
=> 一些天体上快速脉冲（光学和射电）辐射可以解释 成中子星的旋转周期。
脉冲/中子星
中子星表面的温度约 1 million K.
Cas A in X-rays
维恩（Wien）位移定律 lmax = 3,000,000 nm / T[K] 给出最大波长lmax = 3 nm, 对应于X-rays.
脉冲星周期
天文学概论12中子星和类星体
中子星（Neutron Stars）
最早提出中子星设想的是前苏联著名物理学家 朗道（Landau，Lev Davidovich 1908～ 1968）。1932年，英国物理学家查德威克发 现中子的消息传到哥本哈根不久，正在丹麦访 问的朗道就预言，可能存在由中子组成的致密 星体。
脉冲星行星
有些脉冲星周围有行 星。
类似脉冲星双星,这可 以通过亮度变化发现 脉冲星的周期。
当行星绕脉冲星转动时 它们会引起脉冲星摇摆， 导致观测到的脉冲星的 周期轻微的变化。
中子星——黑洞
就像白矮星 (钱德拉塞卡极限: 1.4 Msun), 中子星也有一 个质量限制:
中子星的质量不能超过> 3 Msun
的观测。
舆论一片哗然。英国著名天文学家霍伊尔爵 士在伦敦《泰晤士报》发表谈话，他认为，贝尔 应同休伊什共享诺贝尔奖，并对诺贝尔奖委员会 授奖前的调查工作欠周密提出了批评，甚至认为 此事件是诺贝尔奖历史上一桩丑闻、性别歧视案。 霍伊尔还认为，贝尔的发现是非常重要的，但她 的导师竟把这一发现扣压半年，从客观上讲就是 一种盗窃。更有学者指出，“贝尔小姐作出的卓 越发现，让她的导师休伊什赢得了诺贝尔物理 奖”。
我们知道没有任何一种机制可以阻止质量> 3 Msun. 的致密天体塌缩。
它会塌缩成一个简单地点-奇点:
=> 一个黑洞!
类星体（Qusar）
类星体，又称为似星体、魁霎或类星射电源， 与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一 道并称为1960年代天文学“四大发现”。
类星体的发现
1960年天文学家们发现了射电源3C 48的光学对应 体是一个视星等为16等的恒星状天体，周围有很暗的 星云状物质。令人不解的是光谱中有几条完全陌生的 谱线。1962年，又发现了在射电源3C 273的位置上有 一颗13等的“恒星”。使天文学家同样困惑的是其光 谱中的谱线也不寻常。--------类星电波源
这是不是外星人向我们发出的文明信号呢，新闻媒体对这个问题投 入了极大的热情，不久，贝尔又发现了天空中的另外几个这样的天区， 最后终于证明，这是一种新型的还不被人们认识的天体——脉冲星。 1974年，这项新发现获得了诺贝尔物理奖，奖项颁给了休伊什，以奖 励他所领 导的研究小组发现了脉冲星。令人遗憾的是，脉冲星的直接 发现者，乔斯琳．贝尔小姐不在获奖人员之列。事实上，在脉冲星的 发现中，起关键作用的应该是贝尔小 姐的严谨的科学态度和极度细心
脉冲星的发现
1967年，英国剑桥新建造了射电望远镜，这是一种新型的望远镜， 它的作用是观测射电辐射受行星际物质的影响。整个装置不能移动， 只能依靠各天区的周日运动进入望远镜的视场而进行逐条扫描。1967 年7月，这台仪器正式投入使用，接受波长为 3.7米。用望远镜观测并 担任繁重记录处理的是休伊什的女博士研究生乔斯琳·贝尔。在观测的 过程中，细心的贝尔小姐发现了一系列的奇怪的脉冲，这些脉冲的时 间间距精确的相等。贝尔小姐立刻把这个消息报告给她的导师休伊什， 休伊什认为这是受到了地球上某种电波的影响。但是，第二天，也是 同一时间，也是同一个 天区，那个神秘的脉冲信号再次出现。这一次 可以证明，这个奇怪的信号不是来自于地球，它确实是来自于天外。
1967年，英国科学家休伊什和他的研究生乔 丝琳·贝尔首先发现了脉冲星。 经过计算， 它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积 小、密度大、质量大的星体才能达到。
1968年6月，美国康奈尔大学的T.Gold在《 自然》杂志上发表文章，明确指出人们发现 的脉冲星是快速自转的中子星。
这样，中子星才真正由假说成为事实。
中子星
中子星的性质
典型大小: R ~ 10 km 质量: M ~ 1.4 – 3 Msun 密度: r ~ 1014 g/cm3
方糖大小 的中子星物 质即可拥有 约~ 1亿吨!!!
脉冲星（Pulsars）的发现
角动量守恒
=> 崩溃的核心以几毫秒的周期 旋转。
磁场被放大到~ 109 – 1015 G. 最高是太阳上平均磁场的1012 倍。
双星系统中的中子星: X-ray双星
Example: Her X-1 中子星和吸积盘周期
2 Msun (F-type) star
性被蚀
Neutron star Orbital period =
1.7 days Accretion disk material heats to several million K => X-ray emission
著名天文学家曼彻斯特和泰勒所著《脉冲星》 一书的扉页上写道：“献给乔瑟琳·贝尔，没有 她的聪明和执著，我们不能获得脉冲星的喜悦。”
中子星的形成
质量超过钱德拉极限（1.4 Msun）的致密天体 可以进一步塌缩。
压力变得如此之 大以至于电子和质 子通过如下的过程 结合成稳定的中 子:
p + e- n + ne
随着时间流逝，脉 冲星不断的损失能 量和角动量。
=> 脉冲星的旋转 逐渐变慢。
脉冲星的灯塔模型
一颗脉冲星磁 场偶极结构,就 像地球一样。
辐射发射 主要沿磁 极。
脉冲星和其他中子星
帆船座脉冲星正穿过星际 空间。
蟹状星云脉冲星
蟹状星云脉冲星
脉冲星风+喷流
公元1054观测到的超新星的遗迹。
蟹状星云脉冲星(2)
1934年，以超新星为主要研究领域的德国-美国 天文学家巴德（Baade，Walter 1893～1960） 和瑞士天文学家兹维基（Zwicky，Fritz 1898～1974）分别提出，在超新星爆发之后， 其核心将形成中子星。
中子星
1939年，美国物理学家奥本海默与沃尔科夫 根据广义相对论进一步求出了中子星的结构。 但是对中子星观测的进展却进行得十分缓慢。
可见光图像
X射线图像
蟹状星云脉冲星的光变
毫秒
中子星的自行
一些中子星 在星际空间 中移动迅速。
这可能是超新星爆炸形成中子星时各 向异性造成的结果。
双脉冲星
一些脉冲星会和其他中子星（或 黑洞）结成对。
脉冲星远离地球时其轨道运动 所引起的径向速度会延长脉冲
星周期…
…当脉冲星靠近地球时会缩短 脉冲周期。
=> 一些天体上快速脉冲（光学和射电）辐射可以解释 成中子星的旋转周期。
脉冲/中子星
中子星表面的温度约 1 million K.
Cas A in X-rays
维恩（Wien）位移定律 lmax = 3,000,000 nm / T[K] 给出最大波长lmax = 3 nm, 对应于X-rays.
脉冲星周期
天文学概论12中子星和类星体
中子星（Neutron Stars）
最早提出中子星设想的是前苏联著名物理学家 朗道（Landau，Lev Davidovich 1908～ 1968）。1932年，英国物理学家查德威克发 现中子的消息传到哥本哈根不久，正在丹麦访 问的朗道就预言，可能存在由中子组成的致密 星体。
脉冲星行星
有些脉冲星周围有行 星。
类似脉冲星双星,这可 以通过亮度变化发现 脉冲星的周期。
当行星绕脉冲星转动时 它们会引起脉冲星摇摆， 导致观测到的脉冲星的 周期轻微的变化。
中子星——黑洞
就像白矮星 (钱德拉塞卡极限: 1.4 Msun), 中子星也有一 个质量限制:
中子星的质量不能超过> 3 Msun
的观测。
舆论一片哗然。英国著名天文学家霍伊尔爵 士在伦敦《泰晤士报》发表谈话，他认为，贝尔 应同休伊什共享诺贝尔奖，并对诺贝尔奖委员会 授奖前的调查工作欠周密提出了批评，甚至认为 此事件是诺贝尔奖历史上一桩丑闻、性别歧视案。 霍伊尔还认为，贝尔的发现是非常重要的，但她 的导师竟把这一发现扣压半年，从客观上讲就是 一种盗窃。更有学者指出，“贝尔小姐作出的卓 越发现，让她的导师休伊什赢得了诺贝尔物理 奖”。
我们知道没有任何一种机制可以阻止质量> 3 Msun. 的致密天体塌缩。
它会塌缩成一个简单地点-奇点:
=> 一个黑洞!
类星体（Qusar）
类星体，又称为似星体、魁霎或类星射电源， 与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一 道并称为1960年代天文学“四大发现”。
类星体的发现
1960年天文学家们发现了射电源3C 48的光学对应 体是一个视星等为16等的恒星状天体，周围有很暗的 星云状物质。令人不解的是光谱中有几条完全陌生的 谱线。1962年，又发现了在射电源3C 273的位置上有 一颗13等的“恒星”。使天文学家同样困惑的是其光 谱中的谱线也不寻常。--------类星电波源
这是不是外星人向我们发出的文明信号呢，新闻媒体对这个问题投 入了极大的热情，不久，贝尔又发现了天空中的另外几个这样的天区， 最后终于证明，这是一种新型的还不被人们认识的天体——脉冲星。 1974年，这项新发现获得了诺贝尔物理奖，奖项颁给了休伊什，以奖 励他所领 导的研究小组发现了脉冲星。令人遗憾的是，脉冲星的直接 发现者，乔斯琳．贝尔小姐不在获奖人员之列。事实上，在脉冲星的 发现中，起关键作用的应该是贝尔小 姐的严谨的科学态度和极度细心
脉冲星的发现
1967年，英国剑桥新建造了射电望远镜，这是一种新型的望远镜， 它的作用是观测射电辐射受行星际物质的影响。整个装置不能移动， 只能依靠各天区的周日运动进入望远镜的视场而进行逐条扫描。1967 年7月，这台仪器正式投入使用，接受波长为 3.7米。用望远镜观测并 担任繁重记录处理的是休伊什的女博士研究生乔斯琳·贝尔。在观测的 过程中，细心的贝尔小姐发现了一系列的奇怪的脉冲，这些脉冲的时 间间距精确的相等。贝尔小姐立刻把这个消息报告给她的导师休伊什， 休伊什认为这是受到了地球上某种电波的影响。但是，第二天，也是 同一时间，也是同一个 天区，那个神秘的脉冲信号再次出现。这一次 可以证明，这个奇怪的信号不是来自于地球，它确实是来自于天外。
1967年，英国科学家休伊什和他的研究生乔 丝琳·贝尔首先发现了脉冲星。 经过计算， 它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积 小、密度大、质量大的星体才能达到。
1968年6月，美国康奈尔大学的T.Gold在《 自然》杂志上发表文章，明确指出人们发现 的脉冲星是快速自转的中子星。
这样，中子星才真正由假说成为事实。
中子星
中子星的性质
典型大小: R ~ 10 km 质量: M ~ 1.4 – 3 Msun 密度: r ~ 1014 g/cm3
方糖大小 的中子星物 质即可拥有 约~ 1亿吨!!!
脉冲星（Pulsars）的发现
角动量守恒
=> 崩溃的核心以几毫秒的周期 旋转。
磁场被放大到~ 109 – 1015 G. 最高是太阳上平均磁场的1012 倍。
双星系统中的中子星: X-ray双星
Example: Her X-1 中子星和吸积盘周期
2 Msun (F-type) star
性被蚀
Neutron star Orbital period =
1.7 days Accretion disk material heats to several million K => X-ray emission
著名天文学家曼彻斯特和泰勒所著《脉冲星》 一书的扉页上写道：“献给乔瑟琳·贝尔，没有 她的聪明和执著，我们不能获得脉冲星的喜悦。”
中子星的形成
质量超过钱德拉极限（1.4 Msun）的致密天体 可以进一步塌缩。
压力变得如此之 大以至于电子和质 子通过如下的过程 结合成稳定的中 子:
p + e- n + ne