球狀星團毫秒脈沖星統計研究

摘要：一直以來，球狀星團中的毫秒脈沖星備受天文學家的密切關注，人們對銀河系內球狀星團中的毫秒脈沖星的研究取得了一些進展。目前已經在銀河系內的28個球狀星團中觀測到134顆毫秒脈沖星圍繞著我們的銀河系運行。本文工作以已知的球狀星團中的毫秒脈沖星為樣本，對其種群和球狀星團47 Tucance中的掩食毫秒脈沖星進行統計分析。

關鍵詞：球狀星團；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中通過吸積伴星的物質導致角動量增加而形成的“再加速脈沖星”，其周期變為毫秒量級[1]。Backer et al.（1982）在銀河系發現了第一顆毫秒脈沖星PSR 1919+21（周期為1.33730119227秒）[2]。50多年以來，球狀星團毫秒脈沖星的觀測資料日益豐富，在我們的銀河系內已經觀測到的350多顆毫秒脈沖星中有134顆處于球狀星團中，其大多數與另一顆星組成雙星系統。

1.球狀星團毫秒脈沖星

1.1 球狀星團毫秒脈沖星種群

在球狀星團中富含毫秒脈沖星，毫秒脈沖星主要占球狀星團中所有脈沖星的90%以上，其周期不超過10毫秒。然而銀河系與球狀星團所觀測到的脈沖星有較大差異，在除去球狀星團中的脈沖星外，銀河系其他所有脈沖星中有超過90%是正常脈沖星。球狀星團得名于其成員星向中心聚集成團的特性，球狀星團中毫秒脈沖星及雙星系統較多是因為球狀星團的中心區域有很高的恒星密度，星團的平均恒星密度為～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，恒星發生碰撞的幾率非常高，恒星之間不斷進行物質交換相互作用，導致的結果是形成了包含中子星的雙星系統。在這些系統中，中子星通過吸積伴星的物質，質量增加而加速旋轉，最終形成毫秒脈沖星。

1.2 掩食毫秒脈沖星

球狀星團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。隨著國內大型望遠鏡的逐步建成使用，在銀河系球狀星團中觀測到的掩食毫秒脈沖星的數量大量增加。目前已觀測到數十個球狀星團中有掩食毫秒脈沖星，本文以球狀星團47 Tucance為例進行分析。球狀星團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，其中觀測到的掩食毫秒脈沖星的樣本最多，目前共發現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，詳細參數如表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量都遠遠小于0.1倍的太陽質量，他們所在的雙星系統類型為Black Widow系統[5]，PSR 0024～7204V和PSR 0024～7204W的伴星質量接近0.2個太陽質量，所在系統屬于Redbacks系統[5]。

2.結論與討論

球狀星團特殊的環境導致其有大量毫秒脈沖星和掩食雙星，但因為球狀星團距離我們比較遠，且毫秒脈沖星輻射的脈沖信號相當微弱，信號在星際空間中傳播時會受到星際介質的影響，仍有很多樣本還未被觀測到。相信隨著望遠鏡靈敏度的提高，觀測技術的提升以及算法的優化，我們會發現更多的球狀星團毫秒脈沖星和掩食系統，為天文學家們研究星系團的動力學、雙星的演化等問題提供幫助。

參考文獻：

[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數據的球狀星團研究[D]. 云南大學，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。