脈沖星的發(fā)現(xiàn)與中子星的奧秘

宇宙之大，無(wú)奇不有：有恒星、行星，還有會(huì)發(fā)射脈沖電波的星星。它們是如何被發(fā)現(xiàn)的？又有什么奇特之處呢？

由于大氣不均勻起伏，當(dāng)星光通過(guò)地球大氣時(shí)，導(dǎo)致恒星的光看起來(lái)一閃一閃的，這稱(chēng)為“行星際閃爍”。充滿(mǎn)行星際空間的太陽(yáng)風(fēng)引起了宇宙射電源的閃爍現(xiàn)象。天文學(xué)家通過(guò)射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的宇宙射電源，稱(chēng)為“射電源”，其波長(zhǎng)從1毫米～30米，它是電磁輻射異常強(qiáng)的局部區(qū)域。

1967年春天，英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室為了進(jìn)一步研究宇宙射電源，他們?cè)O(shè)計(jì)建造了一種新型的時(shí)間分辨率很高的射電望遠(yuǎn)鏡，為了保證儀器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，天文臺(tái)決定開(kāi)展人工分析工作，英國(guó)天文學(xué)家休伊什教授的研究生喬絲琳·貝爾小姐接受了這一個(gè)任務(wù)。

在觀測(cè)時(shí)他們發(fā)現(xiàn)：每到子夜時(shí)，一個(gè)神秘的射電源便會(huì)發(fā)生閃爍，同時(shí)自動(dòng)化記錄筆繪出了一連串間隔都是1.337秒的脈沖曲線，這個(gè)神秘的射電源發(fā)出的無(wú)線電脈沖波長(zhǎng)是3.7米。

到1968年1月，發(fā)出這種波長(zhǎng)3.7米的脈沖的射電源已發(fā)現(xiàn)了4個(gè)。根據(jù)觀測(cè)到的寬16毫米的脈沖，可以斷定天體的發(fā)射區(qū)尺度限定在3000千米以?xún)?nèi)。后來(lái)的精密測(cè)量表明，的確是由于該天體自轉(zhuǎn)而發(fā)出的脈沖信號(hào)。

1968年2月，休伊什教授觀測(cè)到的來(lái)自天體的周期性脈沖射電輻射，其周期短而且精確，僅為1.3373011秒。這一天體被天文學(xué)家形象地命名為“脈沖星”。

脈沖星的直徑只有十幾千米，它繞軸自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間只需三四秒鐘甚至更短。它的磁場(chǎng)高達(dá)1萬(wàn)億高斯以上，而地球磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)度僅約0.7高斯！脈沖星的電子以無(wú)線電波的形式從它的兩個(gè)磁極逃逸出來(lái)，并帶出能量。高速自轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖星發(fā)出的無(wú)線電波束會(huì)很有規(guī)律地到達(dá)地球。

不久，射電天文學(xué)家在蟹狀星云中發(fā)現(xiàn)了一顆脈沖星，它能在可見(jiàn)光的范圍內(nèi)發(fā)出輻射，它的脈動(dòng)特別快。這顆脈沖星以前被認(rèn)為不過(guò)是一顆普通的恒星，隨著觀測(cè)儀器精確度的提高，有人發(fā)現(xiàn)它每秒鐘會(huì)閃爍30次，而且光的閃爍正好和射電輻射的時(shí)間相一致。

然而，脈沖星到底是一種什么樣的天體呢？它是否一會(huì)兒膨脹一會(huì)兒收縮呢？它收縮時(shí)是否發(fā)射出能量呢？一個(gè)天體如果不是一直發(fā)射能量，而是周期間歇性的，那么，在不發(fā)射能量的時(shí)候，它一定正在發(fā)生某種物理現(xiàn)象。它也許正繞著它自己的軸或圍繞著另一個(gè)天體運(yùn)轉(zhuǎn)，并且每繞轉(zhuǎn)一周，就發(fā)射出一股能量。

早在1934年，德國(guó)著名天文學(xué)家巴德和茲維基就在一篇論文上指出，超新星現(xiàn)象實(shí)際上是星體的一種粉碎性爆炸，這種爆炸包括兩個(gè)方面：一方面大量的外部物質(zhì)拋射向太空，另一方面星體的中央部分則坍縮，變?yōu)橐活w恒星，因?yàn)樗怯膳帕芯o密的中子構(gòu)成的，所以稱(chēng)為“中子星”。

科學(xué)家推測(cè)，在引力的作用下，恒星可以坍縮到非常致密的程度，恒星里的所有原子核在高度擠壓下，不得不緊挨在一起。電子和質(zhì)子在這種擠壓的作用下會(huì)相互作用而形成中子。因?yàn)橹凶拥馁|(zhì)量最大，所以這樣的“中子星”可能直徑只有十幾千米，但質(zhì)量卻有太陽(yáng)那樣大。

脈沖星被發(fā)現(xiàn)后，中子星又引起了廣泛的注意。科學(xué)家們分析認(rèn)為，只有白矮星或中子星能發(fā)出如此快速的脈沖信號(hào)。這樣小的天體應(yīng)當(dāng)會(huì)飛快地自轉(zhuǎn)，否則就不會(huì)產(chǎn)生上述的脈沖現(xiàn)象。而且，在這樣的天體上，表面的某些點(diǎn)可能能使其中的電子通過(guò)。這樣，當(dāng)中子星高速自轉(zhuǎn)時(shí)，電子就會(huì)從這些點(diǎn)逃逸出來(lái)，像一個(gè)旋轉(zhuǎn)噴頭噴出的水那樣噴射出來(lái)從而產(chǎn)生射電脈沖波，或者它每旋轉(zhuǎn)一周，就會(huì)朝地球的方向噴射出一些電子，同時(shí)會(huì)逐漸失去能量。

至此，人們終于明白，天文學(xué)家曾經(jīng)擔(dān)心永遠(yuǎn)無(wú)法探測(cè)到的中子星就是脈沖星！