Postępy Astronomii Nr 3/1969
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
POSTĘPY ASTRONOMII CZASOPISMO POŚWIĘCONE UPOWSZECHNIANIU WIEDZY ASTRONOMICZNEJ PTA TOM XVII — ZESZYT 3 1969 WARSZAWA • LIPIEC — WRZESIEŃ 1969 POLSKIE TOWARZYSTWO ASTRONOMICZNE POSTĘPY ASTRONOMII KWARTALNIK TOM XVII — ZESZYT 3 1969 WARSZAWA • LIPIEC — WRZESIEŃ 1969 KOLEGIUM REDAKCYJNE Redaktor naczelny: Stefan Piotrowski, Warszawa Członkowie: Józef Witkowski, Poznań Włodzimierz Zonn, Warszawa Sekretarz Redakcji: Jerzy Stodółkiewicz, Warszawa Adres Redakcji: Obserwatorium Astronomiczne UW Warszawa, Al. Ujazdowskie 4 W Y D A W A N E Z ZASIŁKU POLSKIEJ AKADEMII NAUK Printed in Poland Państwowe Wydawnictwo Naukowe Oddział w Łodzi 1969 W ydanie 1. N akład 456 4- 124 egi. Ark. w yd. 9.00 Ark. druk. 8.50 Papier druk sal. kl. Ul. 80 g. 70 x 100. O ddano d o d r u k u 19. VIII. 1909 Druk ukończono w sierpniu 1 9 6 9 r. Zam. 223 B-8 C ena i \ 10,— Zakład Graficzny PWN Łódź, ul. Gdańska 162 PULSARY STANISŁAW GRZĘDZIELSKI nyjibCAPW C. T)KeHaejibCKM CoflepjKaHMe CTaTba coflep»MT o03op flaiiHbix o Ha6jiK)fleHMflx u TeopemuecKMe hh- TepnpeTauMM nyjibcapoB, onyBjiMKOBaHHbisi b TeueHMM nepBoro ro^a nocjie OTKpblTMH 9TMX OÓbeKTOB. PULSARS Summary The article reviews the observational data on pulsars and their theoretical interpretation as published during the first year after the announcement of the discovery. 1. WSTĘP W lutym bieżącego roku minęło dwanaście miesięcy od opublikowania pierwszej wzmianki o odkryciu pulsara CP 1919 (He wish, Bell, P i 1 k i n g- ton, Scott, Collins 1968). Artykuł ukazał się w czasopiśmie „Naturę” , które stało się głównym forum dyskusji o tym fenomenie. W ciągu pierwszych sześciu miesięcy ukazało się w „Naturę” * 51 prac, zarówno teoretycznych jak i obserwacyjnych, w których doniesiono o odkryciu 9 pulsarów. Po roku *W jesieni 1968 r. wydawnictwo Macmillan and Co Ltd w Londynie wydało tom reprintów wszystkich prac o pulsarach, jakie ukazały się w „Naturę” do końca sierp nia 1968 r. Ten niezmiernie interesujący i użyteczny tom znalazł się w Obserwatorium Astronomicznym UW dzięki uprzejmości British Council w Warszawie. [179] 180 S. Grzędzielski liczba znanych obiektów sięga 25, a ilość prac publikowanych w „Naturę” wynosi średnio 8 na miesiąc. Napływowi danych obserwacyjnych towarzyszy pokaz pomysłowości teoretyków, a brak hamulców w wysuwaniu dziwacznych na pozór hipotez interpretujących należy poczytać za zaletę w przypadku tak nieortodoksyjnych obiektów. Jak często bywa z wielkimi premierami, odkrycie pulsarów było niezamierzo ne. Nie są to jednak obiekty wyjątkowo słabe w dziedzinie radiowej i można by się dziwić, czemu nie zostały odkryte wcześniej. Główną przyczyną było, że mimo stosunkowo silnej emisji w maksimum ich średnia emisja jest poniżej progu wyczuwalności wielkich przeglądów nieba wykonywanych do tej pory w dziedzinie radiowej. Intensywność w maksimum również zmienia się w spo sób przypadkowy o kilka rzędów wielkości, tak że typowy pulsar jest z punktu widzenia radiowego źródłem sporadycznym.Odkrycie pulsarów stało się więc możliwe z chwilą, gdy uruchomiono dostatecznie duży radioteleskop nasta wiony na badanie silnie i szybko f!uktuujących sygnałów. W 1964 r. odkryto zjawisko radiowej scyntylacji międzyplanetarnej, poja wiającej się wtedy, gdy radioźródło o bardzo małych rozmiarach kątowych (np. kwazar) widziane jest poprzez warstwę gazu międzyplanetarnego o dużych fluktuacjach gęstości. Fluktuacje odbieranego sygnału mają skalę czasową rzędu sekundy i są wynikiem dyfrakcji fal radiowych na niejednorodnościach ośrodka. Badanie radiowego obrazu interferencyjnego (szybkich zmian sygna łu) jest interesujące z dwu względów: pozwala na wyznaczanie charaktery stycznych rozmiarów fluktuacji w plazmie międzyplanetarnej i na szacowanie rozmiarów kątowych radioźródeł. Im większy bowiem rozmiar emitującego źródła, tym mniej wyraźny jest obraz interferencyjny. W 1967 r. ukończono w Cambridge w Anglii specjalny radioteleskop prze znaczony do badań scyntylacji. Był to prostokątny układ 2048 dipoli, zajmują cy 4 i pół akra powierzchni i pracujący na \ = 3.7 m (81.5 MHz). Ruch w rekta- scencji sprowadza się do wykorzystania ruchu dziennego a sterowanie w dekli nacji przez odpowiednie przestrajanie fazy. Urządzenie rejestrujące było specjalnie dostosowane do odbioru sygnałów silnie fluktuujących, tak że warunki potrzebne dla odkrycia pulsarów były idealnie spełnione. W ciągu jesieni 1967 r. kilkakrotnie zarejestrowano silny, fluktuujący sygnał brany początkowo za jakąś pasożytniczą interferencję. 28 listopada po raz pierwszy zanotowano wyraźne pulsy o zmiennej amplitudzie, ale pojawiające się z nie zmierną regularnością. Nieco późniejsza analiza wykazała, że czas trwania pulsu radiowego wynosi tylko 20 milisekund, co oznacza, że rozmiar emitują cego obiektu (= długość trwania pulsu mnożona przez prędkość światła) od powiada co najwyżej obiektowi o rozmiarach planetarnych. Regularność poja wiania się pulsów (względne zmiany okresu rzędu 10"7) sugerowała z początku istnienie cywilizacji odpowiedzialnej za wysyłanie tych sygnałów. Dokładne po miary zmian częstości pojawiania się pulsów wykluczyły jednak możliwość P uls ary 181 ruchu orbitalnego źródła, co podważyło hipotezę cywilizacji związanej z jakimś pozasłonecznym układem planetarnym. Współrzędne pierwszego odkrytego pulsara są: a = 19h19 m37.s0+0.s2, 6 = +21°47,02,/± 10” . Odkrywcy zaproponowali więc oznaczenie CP 1919 od Cambridge Pulsar i rektascensji w godzinach i minutach. Później pojawiły się oznaczenia z literami początkowymi HP (Harvard Pulsar) itp., lub po prostu PSR (Pulsar). 2. DANE OBSERWACYJNE Najbardziej charakterystyczną cechą pulsara jest stałość jego okresu, tzn. odstępu czasu między dwoma kolejnymi maksimami emisji. Na przykład zapis sekwencji pulsów dla CP 0808 obserwowanych w paśmie 81.5 MHz o szerokości 1 MHz (rys. 1) wykazuje wyraźnie wielką regularność odstępów czasu między kolejnymi maksimami. Faza zachowuje się z bardzo wysoką dokładnością w okresie rzędu miesięcy i pulsary mogą być uważane za nie zmiernie dokładne zegary. W trzy miesiące po zaanonsowaniu odkrycia pierw szego pulsara znane były cztery obiekty tego rodzaju, dla których udało się też wyznaczyć okresy. Dla tych czterech pierwszych obiektów okresy za warte były między 1/4 a 4/3 sekundy a względna dokładność wyznaczenia okresu sięgała 10'*. Stan znajomości okresów z maja 1968 r. podany jest poniżej: Obiekt Okres Jne dl 6P /P ■ 10 CP 0834 1?2737642±3 12.80 5.0±0.8 CP 0950 0?25306504+5 2.98 0.3+0.1 CP 1133 1?18791106±15 4.87 4.1+0.5 CP 1919 1?33730109±1 12.5.5 1.1+0.5 ^ sekunda 1 sek Rys. 1. Sekwencja pulsów dla CP 0808 Błędy wyznaczenia okresów podane są w jednostkach ostatniego miejsca. Wielkość fn edl będzie dyskutowana poniżej. Wartość okresu zależy od przyjęte go położenia źródła, bowiem istotne tu są poprawki do momentów maksimów 182 S. Grzędzielski wynikające z ruchu orbitalnego Ziemi. Uwzględnione to zostało w wartościach podanych powyżej. Dzięki olbrzymiej liczbie epok, już po kilku miesiącach (w styczniu 1969 r.) uzyskano ewidencje dotyczące powolnych (wiekowych?) zmian periodu (Da vies, Hunt, Smith 1969). Względne zmiany okresu 6 P/P podane są w ostatniej kolumnie podanego powyżej zestawienia. Poszukiwania dalszych obiektów za pomocą aparatury o krótszej stałej czasowej doprowadziło niebawem do odkrycia pulsarow o okresach znacznie krótszych od 1 sek. Podejrzenia, że pulsary mogą być gwiazdami neutro nowymi powstałymi w wyniku fenomenu supernowej (jądro pre-supernowej) kazały szukać obiektów pulsujących w mgławicy Krab, powszechnie uważa- nej za pozostałość po supernowej z 1054 r. Odkryto tam dwa takie obiekty (oznaczone NP 0527 i NP 0532) i okres pulsara NP 0532 jest w chwili obec nej najkrótszym znanym okresem: 0.03309112±0.00003 s. (Cornelia, Craft jr., Lovelace, Sutton 1969). Wydaje się więc, że pulsary mogą mieć okresy leżące w dosyć szerokim przedziale, od kilkudziesięciu milisekund do ok. dwu sek. it * Hys. 2. Sekwencja pulsów obserwowanych dla CP 1919 w dniu 8 marca 1968. Widać korelację amplitud Sekwencje pulsów danego pulsara wykazują wielką nieregularność. Czasa mi przez kilka minut kolejne pulsary mają podobne amplitudy (rys. 2), czasami sekwencja kolejnych pulsów wykazuje amplitudę zmieniającą się w sposób losowy (rys. 3). Na przykład dla pulsara CP 1919 zmiany amplitudy pulsów uśrednionych po kolejnych dziesięciu okresach wyglądają jak na rys. 4. Kształt kolejnych pulsów zależy też od częstości obserwacji. Na'wet dla obserwacji dokonywanych na bardzo bliskich częstościach, np. 80.5 i 81.5 MHz kształt poszczególnych pulsów może być różny (rys. 5). Obserwując pulsar równocześnie na kilku kanałach, w różnych częstościach dosyć od siebie odległych, otrzymuje się często np. wyraźne pulsy w jednym lub kilku kanałach Pulsary 183 Rys* 3* Sekwencja pulsów dla CP 0950, Losowe zmiany amplitudy Q) b ) Rys. 4. a) Zmiany w czasie uśrednionych po dziesięciu okresach amplitud pulsów dla CP 1919 b) Dobowe zmiany amplitud pulsów. Na obu rysunkach jednostką na osi rzędnych jest W m"J H z'1 10"J6 l i n i i i i i i i i i ^i i i t l j|1.1 l ' T i 815 MH. ' ' ' 1 ' \ ' ' ' i ' I V 1 1 t 1 i i i i i r i i i i i r i i i i > i >.i i i ' i ...... , ,11 ...... 1. 8Qf> M ffo Rys. 5. Równoczesna rejestracja sekwencji pulsów dla CP 1919 na częstościach 80.5 i 81.5 MHz 184 S. Grzędzielski --------- 2,5 A1Hz --------- ► Rys. 6. Kolejne uśrednione pulsy w paśmie 408 MHz o szerokości 2.5 MHz dla CP 03 28. Uśrednianie pulsów dokonywane było w odstępach 50-sekundowych i zupełny zanik pulsów w innych. Po kilku minutach pulsy mogą się pojawić w tych kanałach, w