球狀星團(tuán)毫秒脈沖星統(tǒng)計(jì)研究

摘要：一直以來，球狀星團(tuán)中的毫秒脈沖星備受天文學(xué)家的密切關(guān)注，人們對銀河系內(nèi)球狀星團(tuán)中的毫秒脈沖星的研究取得了一些進(jìn)展。目前已經(jīng)在銀河系內(nèi)的28個球狀星團(tuán)中觀測到134顆毫秒脈沖星圍繞著我們的銀河系運(yùn)行。本文工作以已知的球狀星團(tuán)中的毫秒脈沖星為樣本，對其種群和球狀星團(tuán)47 Tucance中的掩食毫秒脈沖星進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

關(guān)鍵詞：球狀星團(tuán)；毫秒脈沖星；掩食毫秒脈沖星

毫秒脈沖星是死亡的中子星在雙星系統(tǒng)中通過吸積伴星的物質(zhì)導(dǎo)致角動量增加而形成的“再加速脈沖星”，其周期變?yōu)楹撩肓考塠1]。Backer et al.（1982）在銀河系發(fā)現(xiàn)了第一顆毫秒脈沖星PSR 1919+21（周期為1.33730119227秒）[2]。50多年以來，球狀星團(tuán)毫秒脈沖星的觀測資料日益豐富，在我們的銀河系內(nèi)已經(jīng)觀測到的350多顆毫秒脈沖星中有134顆處于球狀星團(tuán)中，其大多數(shù)與另一顆星組成雙星系統(tǒng)。

1.球狀星團(tuán)毫秒脈沖星

1.1 球狀星團(tuán)毫秒脈沖星種群

在球狀星團(tuán)中富含毫秒脈沖星，毫秒脈沖星主要占球狀星團(tuán)中所有脈沖星的90%以上，其周期不超過10毫秒。然而銀河系與球狀星團(tuán)所觀測到的脈沖星有較大差異，在除去球狀星團(tuán)中的脈沖星外，銀河系其他所有脈沖星中有超過90%是正常脈沖星。球狀星團(tuán)得名于其成員星向中心聚集成團(tuán)的特性，球狀星團(tuán)中毫秒脈沖星及雙星系統(tǒng)較多是因?yàn)榍驙钚菆F(tuán)的中心區(qū)域有很高的恒星密度，星團(tuán)的平均恒星密度為～0.4顆/每立方秒差距，且其核心的恒星密度更大，會增加2～3個量級[3]，在這種極致的核心密度下，恒星發(fā)生碰撞的幾率非常高，恒星之間不斷進(jìn)行物質(zhì)交換相互作用，導(dǎo)致的結(jié)果是形成了包含中子星的雙星系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，中子星通過吸積伴星的物質(zhì)，質(zhì)量增加而加速旋轉(zhuǎn)，最終形成毫秒脈沖星。

1.2 掩食毫秒脈沖星

球狀星團(tuán)脈沖星種群中有一個顯著的特征是存在大量的掩食毫秒脈沖星。隨著國內(nèi)大型望遠(yuǎn)鏡的逐步建成使用，在銀河系球狀星團(tuán)中觀測到的掩食毫秒脈沖星的數(shù)量大量增加。目前已觀測到數(shù)十個球狀星團(tuán)中有掩食毫秒脈沖星，本文以球狀星團(tuán)47 Tucance為例進(jìn)行分析。球狀星團(tuán)47 Tucance是繼半人馬座ω之后，整個銀河系中第二亮的球狀星團(tuán)，其中觀測到的掩食毫秒脈沖星的樣本最多，目前共發(fā)現(xiàn)6顆掩食毫秒脈沖星，其周期在2～5毫秒，軌道周期為幾個小時，詳細(xì)參數(shù)如表1[4]所示。PSR 0024～7204J，PSR 0024～7204P，PSR 0024～7204R，PSR 0024～7204O這四顆毫秒脈沖星的伴星質(zhì)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.1倍的太陽質(zhì)量，他們所在的雙星系統(tǒng)類型為Black Widow系統(tǒng)[5]，PSR 0024～7204V和PSR 0024～7204W的伴星質(zhì)量接近0.2個太陽質(zhì)量，所在系統(tǒng)屬于Redbacks系統(tǒng)[5]。

2.結(jié)論與討論

球狀星團(tuán)特殊的環(huán)境導(dǎo)致其有大量毫秒脈沖星和掩食雙星，但因?yàn)榍驙钚菆F(tuán)距離我們比較遠(yuǎn)，且毫秒脈沖星輻射的脈沖信號相當(dāng)微弱，信號在星際空間中傳播時會受到星際介質(zhì)的影響，仍有很多樣本還未被觀測到。相信隨著望遠(yuǎn)鏡靈敏度的提高，觀測技術(shù)的提升以及算法的優(yōu)化，我們會發(fā)現(xiàn)更多的球狀星團(tuán)毫秒脈沖星和掩食系統(tǒng)，為天文學(xué)家們研究星系團(tuán)的動力學(xué)、雙星的演化等問題提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]Heuvel E P J V D. Evolution of Close Binaries and the Formation of Millisecond Radio Pulsars[M]// Neutron Stars：Theory and Observation. Springer Netherlands，1991：379-394.

[2]Hewish A，Bell S J，Pilkington J D H，et al. Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source[J]. Nature，1968，217（5130）：709-713.

[3]張鵬飛. 基于Fermi-LAT數(shù)據(jù)的球狀星團(tuán)研究[D]. 云南大學(xué)，2016：29-20.

[4]Paulo. Pulsars in globular clusters，[Online]Available：http：//www.naic.edu/～pfreire /GCpsr. Html.

[5]Roberts M S E. New Black Widows and Redbacks in the Galactic Field[C].American Institute of Physics，2011：127-130.

作者簡介：

鄭嬌（1992.10—），女，漢族，陜西寶雞人，碩士研究生，從事天體物理研究。