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超新星遗迹和脉冲星成协系统 田文武. 2009 年 7 月于北京脉冲星夏校. Doctor of Phenomenology 和 Doctor of Philosophy= 哲学博士. Doctor of Phen . 区别于 Doctor of Phil. 哲学博士是哲学家有三思 : 思想、思路、思考 . 思想得自己弄 . 思路就是讲故事 , 宣传自己的创作。 思考 : 一个没有结论的博士论文有更多的思考 . “ 学好数理化,走遍天下都不怕”,能把数理化合为一体的人,只有哲学家了。有三思才是真博士 ! 研究的三个层次 : 责任 ; 兴趣 ; 激情 !
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超新星遗迹和脉冲星成协系统田文武 2009年7月于北京脉冲星夏校
Doctor of Phenomenology和 Doctor of Philosophy=哲学博士 • Doctor of Phen. 区别于Doctor of Phil. • 哲学博士是哲学家有三思: 思想、思路、思考. • 思想得自己弄. • 思路就是讲故事,宣传自己的创作。 • 思考:一个没有结论的博士论文有更多的思考. • “学好数理化,走遍天下都不怕”,能把数理化合为一体的人,只有哲学家了。有三思才是真博士! • 研究的三个层次: 责任; 兴趣; 激情! • 研究生重在研究, 学次之. • 大学不应该是贩卖证书的机关!
今天的故事 • 为什么要研究超新星遗迹和脉冲星成协?换句话说成协的物理内因是什么?研究它们对我们了解脉冲星有何帮助? • 如何判断超新星遗迹和脉冲星成协? • 目前已知约50对可能的成协系统, 与已观测到超新星遗迹和脉冲星数量相比有很大出入, 为什么?
大质量恒星热核演化/Fe核最稳定-? 没有SNR, 就没有太阳,月亮和生命 H-燃烧壳层 Ne-燃烧壳层 O-燃烧壳层 Si-燃烧壳层 Fe 核心 T (3-5)109K C-燃烧壳层 H-包层 He-燃烧壳层
量子效应和简并星(WD和NS) • 不确定原理和保利不相容原理的运用导致简并压(电子和中子); 对比热气压. • 椅子=量子态; 人=电子/中子
超新星遗迹和脉冲星成协依据 • 最简单/最不可靠的方法:空间位置相关. • 距离,年龄一致,投影横向移动方向和速度. • 最有物理内因的方法:有脉冲星风云产生. • 遗迹内有X-射线脉冲星:磁星
脉冲星的年龄和距离 磁偶极模型(标准模型):P,P0和△t 是可测量 Braking Index: n=3 P0<<P-------> Dispersion Measure: DM=∫nedl cm-3 pc Delayed Arr. Times:△t=4.15[vlo-vhi]DMmsIntegrated free electron density:ne cm-3
Calculated radial velocity as a function of distance along a line of sight in the Galactic plane at l = 29.7 degree Formula: Vr= Ro sin l (V(R)/R – Vo/Ro). V(R):circular orbit speed of a star; R:Galactocentric radius; Vr:radial velocity
超新星遗迹的年龄 超新星遗迹的四个演化阶段: Phase IIIIII Mass swept up (M) <5几十 ~1000 Velocity (km/s) <10000 ~200 ~20 Radius (pc) <1~10~30 Time (yrs) <2000~40000 ~100,000 Phase IV represents disappearance of remnant
自由扩展阶段- Phase I • 前锋激波扫过的星际间物质质量只占爆炸抛射物质质量的一小部分: (1) 动量守恒 (2) 前锋激波速度几乎不变:v(t) ~ vR(t) ~ vt
Phase II –绝热扩展阶段(Sedev) 激波扫过的星际间物质质量已远超爆炸抛射物质质量, butradiative losses are unimportant in this phase - no exchange of heat with surroundings. (3) (4) R(t) = 4v(t).t v(t) = R(t)/4t (5)
=constant, V~ 1/R^3 Phase III –快速辐射冷却阶段(Snow-plow) • SNR cooled(<10^6 K), no high pressure to drive itforward. • Electrons recombines with the heavier atoms, so the cooled shell can more efficiently radiate most of its energy away as optical light. SNR quickly develops a thin shell. • Residual hot gas in interior emits weak X-rays. Phase IV –逐渐消逝阶段 • ISM has random velocities ~10 km/s. • When velocity (SNR) is ~ 10 km/s, it merges with the ISM and is ‘lost’ after ~1,000,000 yrs.
超新星遗迹和脉冲星风云:SNR G21.5-0.9 年轻PSR J1833-1034 (Gaensler & Slane 2006)
(a):Vela SNR G263.9-3.3 at 2.4 GHz/PWN B0833-45 (b) : SNR G327.1-1.1 at 843 MHz(red): relic PWN, an likely PSR (X-rays, blue) outside of radio PWN
(a):SNR W44 at 1.4 GHz (+8.4 GHz)/超声速移动的年轻 PSR B1853+01和它的bow-shock PWN (b):再生‘黑寡妇’ PSR B1957+20 和它的弓激波脉冲星风云, Hαemission (green) + Chandra X-ray (red)
弓激波脉冲星风云模拟, PSR J1747-2958 和PWNG359.23-0.82 (Gaensler et al. 2004) Chandra X-rays (blue) VLA Radio (red)
超新星遗迹和磁星(X-射线脉冲星) • 一些超新星遗迹内无射电脉冲星但有一类射电宁静的点源, 它们有持续的X射线脉冲: • Anomalous X-ray Pulsars (反常X射线脉冲星) • Soft Gamma Repeaters (软重复爆) • 特征: • 周期:5-12 s, dP/dt: ~10-11ss-1 (典型值), 磁场非常强: B ~ 1014 - 1015 Gauss. 故也称为磁星(Magnitar). • 迄今发现的磁星总数已达18颗: • http://www.physics.mcgill.ca/~pulsar/magnetar/main.html
已知超新星遗迹和脉冲星数量 • 1800多颗PSRs和274颗河内SNRs. • 几个网址: • A 2009-version Catalogue of Galactic SNRs: http://www.mrao.cam.ac.uk/surveys/snrs/ • ATNF pulsar Catalogue version: 1.36 http://www.atnf.csiro.au/research/pulsar/psrcat • 相关联超新星遗迹和脉冲星对的数量:40-60
数量差异极大可能的原因 • 选择效应:亮的先看到! • 寿命差距很大:脉冲星可以老于1百万年. • 诞生率很不一样: 脉冲星有其它起源? • 天体射电信号太弱:需要FAST! • 脉冲星射电辐射束角度小,没有扫过地球: 需要远太空射电望远镜. . 新类型天体: 如纯伽码射线脉冲星(CTA1, Fermi伽码太空望远镜第一个工作, 约180个作者, 50个合作机构). ? 如年轻的PSRs (PWNe) 没有相联SNRs, WHY? 已探测到磁星的射电脉冲信号, 理论如何修正? 多样形态的PWNe, 挑战目前的理论模型?
一个工作 • 可以总结更全面的SNR/PSR(PWN)表,作统计分析;更严格限定脉冲星的距离和年龄; … 作研究就象这猫一样是很酷的事!