雙脈衝星，是指2003年天文學家發現了的對中子星的軌道相互交錯，並且發出輻射光線。這兩顆中子星都是脈衝星。對這組旋轉天體的深入研究將能為愛因斯坦的引力波理論提供最為嚴格的實驗。2003年年末該發現被《科學》雜誌評出的科學十大突破，天文學家希望通過對輻射光線的研究，能獲知一顆中子星內部物質的密度大小。
基本介紹
- 中文名：雙脈衝星
- 特點：軌道相互交錯，發出輻射光線。
- 發現時間：2003年
- 含義：兩顆中子星都是脈衝星
探索歷程,研究難度,星系特徵,研究課題,研究進展,
探索歷程
從1974年赫爾斯和泰勒教授發現第一個射電脈衝雙星PSR1913+16以後，天文學家花了30年的時間才發現這個雙脈衝星系統，如此之難，顯得彌足珍貴。
2003年4月被發現的PSRJ0737-3039A，周期22毫秒，它的脈衝周期在變，有時長有時短，並且有規律可尋，據此，科學家肯定這是一個雙星系統，並將這一結果發布在2003年12月的《自然》雜誌上。
到了2004年，當來自澳大利亞Parkes天文望遠鏡的數據被重新分析時，研究人員證實B星實際上也是一顆脈衝星。
與1974年發現的名為PSR1913+16脈衝雙星相比，這一雙脈衝星系統的軌道周期更短，引力輻射更強，是一個更理想的引力波實驗室。雙星系統中的兩顆星都是脈衝星，又成為研究兩個脈衝星之間相互影響的實驗室。這都意味著這次發現的雙脈衝星系統具有新的特點和更高的研究價值。
研究難度
年輕的中子星都是強磁星，具有很強的偶極磁場。磁極冠區會源源不斷地產生高能電子，高能電子在極強的磁場中只能沿著開放磁力線向外運動並產生輻射。所以，在兩個磁極冠區分別形成圓錐形的輻射區，就像海上的燈塔一樣，發出兩束強大的射電波。它的自轉，使得這兩個輻射錐繞自轉軸旋轉，中子星的輻射束每掃過地球一次，我們的射電望遠鏡便接收到一個很窄的脈衝信號。這就是中子星被稱為脈衝星的原因。
只有兩個脈衝星的輻射束都能掃過地球的情況下，才能發現雙脈衝星系統。但是，脈衝星的輻射束很窄，兩顆星的輻射束都能掃過地球的機會不多。所以發現雙脈衝星系統極其困難。
星系特徵
從演化的角度來說，產生雙星，即雙中子星系統的幾率比較小，雙脈衝星系統更少。要形成雙中子星系統，兩顆恆星的質量都要求比較大。並且，第二顆恆星演化到超新星爆發時，往往在產生第二顆中子星的同時使這個雙星系統瓦解，只有少數能夠形成雙中子星系統。這次發現的雙脈衝星系統不但沒有瓦解，還是由一個毫秒脈衝星（A星-周期22毫秒）和一個正常脈衝星（B星-周期2.27秒）組成，A星年齡老、轉速快、磁場弱；B星年輕，轉速慢、磁場強。正好與毫秒脈衝星產生的理論模型符合。”
研究課題
除了進一步驗證愛因斯坦引力波理論這個重大課題外，這次發現還有很新穎的研究課題。
第一個問題是，兩顆脈衝星之間的相互作用。觀測發現，在一個軌道周期的2.4小時中，B星僅僅在暫短的兩個10分鐘中才能被觀測到，科學家猜想這是因為A星發出的“星風”對B星有影響，但是，為什麼有如此大的影響？究竟是怎樣影響的？還不清楚。
第二個問題是，兩顆脈衝星的輻射都有可能通過其相伴的脈衝星的磁層，特別是B星的磁層比A星的磁層大100倍，更容易探測，探測結果將會怎樣？非常吸引人。
第三點是，A星和B星的軌道進動都非常大，分別為每年75度和71度。軌道的進動將會導致我們觀測到的脈衝輪廓形狀發生變化，這將又是一個非常有吸引力的觀測課題，這兩顆脈衝星的脈衝輪廓形狀會不會變？怎么變？我們將翹首以待。
在雙脈衝星PSRJ0737-3039A/B發現以後，人們確實熱情地期待著兩顆脈衝星的脈衝輪廓形狀會發生變化，甚至預言在2020年左右，PSRJ0737-3039A會由於軸線進動而從我們的視線中消失，但是，這幾年的觀測結果顯示，預期的脈衝輪廓形狀根本就沒有發生變化，這對科學家的打擊可是不小。預言的失敗讓我們感到，脈衝星的燈塔模型似乎存在著問題。
研究進展
新星十年鵲橋“相會”
據了解，中子星併合事件會產生非常強烈的引力波，有可能被地球上最靈敏的引力波探測器發現。物理學家期待有一天能接收到來自宇宙空間兩個中子星併合事件發出的引力波。新發現的雙脈衝星系統的軌道周期比PSR1913+16要短3倍多，約在8500萬年後發生併合。
按1974年發現的PSR1913+16情況計算，要100年才有可能發生一次雙中子星併合事件，而按新發現的雙脈衝星系統情況計算，大約十年就可以發生一次併合事件。科學家等待發生中子星併合事件發生，更有盼頭。
這對雙星的軌道周期僅為2.4小時，軌道比較圓，橢率為0.088，平均速度達到0.1%光速，A星質量為1.337太陽質量，伴星質量為1.251太陽質量。兩個脈衝星彼此距離比PSR1913+16更近，僅為90萬千米，引力輻射更強，一年就可以觀測到軌道明顯的變化。
雙脈衝星與引力波探測研究
在地球上，物理學家設計了好多種專門儀器，希望能接收到來自宇宙空間的引力波。半個多世紀過去了，一直沒有成功。
1974年射電脈衝雙星的發現曾為引力波的探測帶來希望。美國的赫爾斯和泰勒教授發現的這個雙星是由兩個中子星組成，它的軌道周期很短，僅7.75小時。軌道是橢圓的，橢率很大，達到0.617。這導致其軌道速度最高時可達到十分之一光速。兩個中子星很近，有很強的引力輻射。引力輻射可以導致兩顆中子星越來越靠近，軌道周期越來越短。廣義相對論理論已經把軌道周期的變化率精確的計算出來。要檢測引力波的存在，最重要的是通過觀測精確的測量出射電脈衝雙星軌道周期的變化。泰勒等人利用世界上最大的射電望遠鏡進行了上千次的觀測，為人類證實引力波存在提供了證據。
為此，赫爾斯和泰勒獲得1993年的諾貝爾物理學獎。
而對新發現的雙脈衝星系統觀測將為愛因斯坦的廣義相對論和引力波理論提供迄今最嚴格的檢驗：如果按相對論理論，它們的高密度會導致空間彎曲。當它們兩個與地球都處在於一條直線上的時候，假設B在遠處，A在近處，B的脈衝信號要想到達地球，就要從A的身邊經過。但是，A的強大引力會把周圍的空間搞得彎曲了，那么B就需要走過這段彎曲的路程才能到達地球。這種情況已經被科學家們觀察到，額外的路程讓信號遲到了100微秒。這表明，在那裡，空間確實變得彎曲了。
中子星的形成
在大質量恆星衰老後，恆星向外的輻射壓不能與向內的引力抗衡，它的外殼就會向外膨脹，它的核卻向內收縮。核在巨大的壓力和由此產生的高溫下發生一系列複雜的物理變化，電子被壓縮到原子核中，同質子中和為中子，使原子變得僅由中子組成。這時恆星的外殼將以一次極為壯觀的爆炸來了結自己的生命，也就是天文學中著名的“超新星爆發”。最終剩下核，成為了中子星。正是這樣的演化過程，中子星才被稱為“死亡之星”。
引力波的形成
愛因斯坦1916年在他的廣義相對論中預言：宇宙空間中可能有引力波存在。即，任何具有質量的物體作加速運動時都會產生引力波。引力波會對有質量的物體產生影響。
