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脉冲双星
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2025-12-14 11:08
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脉冲双星
8.6.3 脉冲双星 脉冲双星(binary pulsars)是相对论性天体物理的重要研究对象。一方面它提供了太阳系外检验广义相对论的新平台,另一方面,它也是我们研究引力辐射的窗口.脉冲双星的一个典型例子是 PSR1913+16 ${ }^{(114)}$ .这是一对中子星,轨道周期约为 7.75 h .在观测上,由于两颗中子星中有一颗是高速旋转的脉冲星,其转动周期非常稳定,是一个非常准确的时钟: $$ P_{\text {rot }}=(0.059029997929613 \pm 0.000000000000007) \mathrm{s} . $$ 这个非常小的周期被发现是周期移动的,这说明脉冲星是双星系统的一员.这个系统的相对论性效应很强,其近星点进动的大小为 $$ \delta \phi_{\text {prec }}=(4.22659 \pm 0.00004)^{\circ} / \text { 年, } $$ 比太阳系中水星近日点进动大约 $4 \times 10^4$ 倍。此外,这个系统中引力红移、时间延迟效应和自旋测地进动效应等也非常明显。因此这个双星系统提供了一个绝佳的研究广义相对论的平台. 我们可以在牛顿引力的框架下分析椭圆轨道,它由周期 $P_{\mathrm{b}}$ 、离心率 $e$ 和半长轴长度 $a$ 确定.观测上,我们可以长时间分析一颗星谱线的多普勒移动来确定椭圆轨道的信息.而通过径向速度曲线可知它们做互相缠绕运动.其他的 $1 / c^2$ 效应,如多普勒移动和夏皮罗时间延迟等可以让我们分析出 $$ \begin{aligned} m_{\text {pulsar }} & =(1.442 \pm 0.003) M_{\odot} \\ m_{\text {comp }} & =(1.386 \pm 0.003) M_{\odot} \end{aligned} $$ 即这是两颗质量几乎相等的中子星。后面我们将看到,这个系统由于引力辐射损失能量,其运动周期会发生变化,通过多年的观测分析发现这一变化与理论分析一致,从而提供了引力辐射的间接证据.
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