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脈沖星與中子星的奧秘

由于大氣不均勻起伏,當星光通過地球大氣時,導致恒星的光看起來一閃一閃的,這稱為“行星際閃爍”。充滿行星際空間的太陽風引起了宇宙射電源的閃爍現(xiàn)象。天文學家通過射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)的宇宙射電源,稱為“射電源”,其波長從1毫米~30米,它是電磁輻射異常強的局部區(qū)域。

1967年春天,英國劍橋大學卡文迪許實驗室為了進一步研究宇宙射電源,設計建造了一種新型的時間分辨率很高的射電望遠鏡。為了保證儀器的正常運轉,天文臺決定開展人工分析工作。英國天文學家休伊什教授的研究生喬絲琳·貝爾小姐接受了這一個任務。

在觀測時人們發(fā)現(xiàn):每到子夜時,一個神秘的射電源便會發(fā)生閃爍,同時自動化記錄筆繪出了一連串間隔都是1.337秒的脈沖曲線,這個神秘的射電源發(fā)出的無線電脈沖波長是3.7米。

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

1968年2月,休伊什教授觀測到的來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,它繞軸自轉一周的時間只需三四秒鐘甚至更短。它的磁場高達1萬億高斯以上,而地球磁極的磁場強度僅為0.7高斯。脈沖星的電子以無線電波的形式從它的兩個磁極逃逸出來,并帶出能量。脈沖星高速自轉時發(fā)出的無線電波束會很有規(guī)律地到達地球。

脈沖星

脈沖星是有著強磁場的、旋轉著的中子星,它們發(fā)出有規(guī)律的射電脈沖。最快的脈沖星發(fā)出的脈沖為642次/秒,而最慢的脈沖星周期間隔為4.308秒。多數(shù)脈沖星位于銀河系,但也有很多在球狀星團中被發(fā)現(xiàn)。

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

然而,脈沖星到底是一種什么樣的天體呢?它是否一會兒膨脹一會兒收縮呢?它收縮時是否發(fā)射出能量呢?一個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)射能量的時候,它一定會發(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天體運轉,并且每繞轉一周,就發(fā)射出一股能量。

早在1934年,德國著名天文學家巴德和茲維基就在一篇論文上指出,超新星現(xiàn)象實際上是星體的一種粉碎性爆炸,這種爆炸包括兩個方面:一方面是大量的外部物質被拋射向太空,另一方面星體的中央部分坍縮,變?yōu)橐活w恒星,因為它是由排列緊密的中子構成的,所以稱為“中子星”。

脈沖星被發(fā)現(xiàn)后,中子星又引起了廣泛的注意。科學家們分析認為,只有白矮星或中子星能發(fā)出如此快速的脈沖信號。這樣小的天體應當會飛快地自轉,否則就不會產(chǎn)生上述的脈沖現(xiàn)象。而且,在這樣的天體上,表面的某些點可能會使其中的電子通過。這樣,當中子星高速自轉時,電子就會從這些點逃逸出來,像一個旋轉噴頭噴出的水那樣噴射出來,從而產(chǎn)生射電脈沖波,或者它每旋轉一周,就會朝地球的方向噴射出一些電子,同時會逐漸失去能量。

至此,人們終于明白,天文學家曾經(jīng)擔心永遠無法探測到的中子星就是脈沖星。

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