致密双星的进动效应研究

致密双星的进动效应研究

论文摘要

脉冲星是快速旋转的中子星,它是60年代天文学的四大发现之一。1974年,美国的赫尔斯和泰勒发现了第一颗射电脉冲双星PSR1913+16,它们是两颗互相环绕的脉冲星,轨道周期很短,仅为7.75小时。轨道的偏心率为0.617。当两颗子星相互靠得很近时,极强的引力辐射会导致它们的距离愈加靠近,轨道周期会逐渐变短。但是脉冲双星中存在很多源用现有理论无法解释观测到的脉冲星到达时间及其轮廓,并且有某些确切观测表明某些脉冲双星中轨道周期的一阶导数小于0,且会改变符号;即双星中的轨道周期随着时间演化越来越长,双星的距离越来越远。而引力波辐射将引起的周期的变短。对于这些脉冲星公认的疑难问题,若能够解决那么必然意义深远重大。在广义相对论中,由于自转必然会产生能量动量张量,因此会对双星系统的运动产生影响。因此对于进动效应Damour等人考虑由自转-轨道耦合(Spin-OrbitCoupling)引起的附加项[1],成功解释了一些观测现象。但是仅仅考虑自转-轨道耦合的效应还是有些问题解决不了:1998年Wex[2-4]对于PSR B1259-63提出了到达时间模型,在7年两个轨道周期的时间内精确的拟合了此双星系统的到达时间。2004年王娜等给出了13年的PSR B1259-63到达时间[5-6],发现采用Wex的时间模型到达时间在后两个周期观测曲线与理论曲线完全不相符,这个问题至今未解决。本工作考虑自转-自转耦合(Spin-Spin Coupling)效应,首先由体系总哈密顿量根据哈密顿正则方程得到体系的矢量、标量运动方程,与仅考虑自转-轨道耦合情况时相比较;其次,类比于damour所采用的后牛顿近似方法,得到三阶后牛顿近似下(无自转)轨道运功方程精确解的求解;接着我们加入自转-轨道耦合项,得到自转-轨道耦合与三阶后牛顿效应下轨道方程精确解推导;最后我们根据天体物理中双星系统的一些近似处理得到了在考虑自转-自转耦合效应之下双星系统的进动效应。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 引言
  • 1.1 牛顿力学与爱因斯坦相对论的背景
  • 1.2 相对论天体力学的产生与早期的观测检验
  • 1.3 后牛顿近似的发展与轨道自转耦合效应的计算
  • 1.4 工作概述
  • 2 轨道自转耦合与自转自转耦合效应的研究
  • 2.1 体系的哈密顿量的表述
  • 2.2 体系的矢量运动方程
  • 2.3 体系的标量运动方程
  • 2.4 双星质量相等时轨道运动方程
  • 3 三阶后牛顿近似下(无自转)轨道运功方程精确解的求解
  • 4 轨道自转耦合与三阶后牛顿效应下轨道方程精确解推导
  • 4.1 NSO 系统下的轨道运动方程
  • 4.2 三阶后牛顿近似、轨道自转耦合效应下的精确解
  • 4.3 双星进动长期效应的相关计算
  • 总结与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 相关论文文献

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