脉冲星是什么 最恐怖的星球有多可怕:“宇宙小绿人”的召唤
1967年7月,英国剑桥大学建成了一个新型的射电望远镜阵,24岁的研究生贝尔小姐负责新仪器的观测与资料处理工作。不久贝尔小姐就发现,在过去的3个月中,她的记录中有一个非常奇特而神秘的无线电(也称射电)讯号,它总是极其有规律地发出同样的脉冲信号。她还查明,这个神秘的“太空电台”正好位于狐狸星座的方向上。11月,她向自己的导师休伊什做了汇报,可休伊什却以为这只是一种外界的干扰,委婉地叫她“不必理它”!
脉冲星是一种不断发射出非常有规律的无线电脉冲的天体,不同的脉冲星发出的这些电磁波具有不同的脉冲周期,周期短的为百分之几秒,长的为数秒。旋转的无线电波束碰巧不断地扫过地球,这就是地球上所观测到的强大的无线电脉冲,可以说脉冲星就像是宇宙中的灯塔。
幸而贝尔小姐很有主见,这次她没有听从导师的劝告,决定一个人继续研究下去。11月28日,她分析出这个脉冲讯号的频率极为稳定,为1.337秒。这时休伊什刚看完一本科幻小说:在某个星球上有着一种高度发达的“小绿人”,它们可以利用自己绿色的肌肤直接进行光合作用,所以可以“不吃不喝”……于是他灵机一动,把贝尔小姐发现的那个射电讯号记为“LGM-1”——第一个“宇宙小绿人”的讯号,并孜孜不倦地探求起来,希望从此架起与外星文明沟通的桥梁。
可是到1968年的1月间,贝尔小姐发现,她收到的类似脉冲讯号至少有4个,它们来自不同的方向。这使她大惑不解,这么会有如此之多的“小绿人”同时向我们呼叫呢,而且它们竟会使用同样的频率?这只能说,她所面对的可能是一种过去从不知道的新型天体。
后来经过深入研究,这是一种“射电脉冲星”,简称“脉冲星”,并规定用“PSR”后加其座标位置作它的名字,贝尔小姐最早发现的那个讯号就称为“PSR1919+21”。
脉冲星就像宇宙中的灯塔
1968年2月,休伊什正式宣布了这个发现,后来它被列入了“20世纪60年代天文学四大发现”之一,休伊什因此荣获了1974年度的诺贝尔物理学奖。但是,休伊什的获奖引起了巨大的争议,不少人为贝尔小姐受到了不应有的忽视而不平。
后来发现,脉冲星实际上就是20世纪30年代人们所预言的“中子星”,在这种天体上,所有的原子壳层已经全部被压碎了,电子被挤入了质子之中,二者原来所带的正电与负电正好抵消,全部变成了不带电的中子。
脉冲星的脉冲周期就是其自转周期,现在所知的几千颗脉冲星的周期都在0.03~4.3秒之间,也就是说,它们快的每分钟会转上2000圈,慢的也能转14圈。研究还表明,脉冲星的质量比白矮星大,可是其直径却比白矮星小得多,大约在10~20千米之间,由此可知它的密度之大是白矮星望尘莫及的。1立方厘米的中子星物质可能有1亿吨重,哪怕是黄豆大小的一粒东西,也得由万吨巨轮来载运。不过如果真把这颗“黄豆”运到地球上,它将没有“立锥之地”,因为它的巨大压强将压破地壳,向地球的中心飞坠而去。
与白矮星一样,脉冲星也是质量越大反而直径越小,所以它也有质量的上限——太阳质量的3倍。同样,脉冲星也是没有能源补充的垂死恒星,绝大多数的脉冲星已不再发光,只是发出很强的射电波,由于极为强大的磁场的约束,这种射电波只是集中于它的两个磁极地区(上图中的锥形区)喷射出来,所以到达地球时变成了一个个的脉冲讯号。
脉冲星的脉冲讯号极为稳定,可以与最好的原子钟媲美。例如,有一颗脉冲星的脉冲周期为0.033 097 565 054 19秒,准确度达到小数点后面14位,即百万亿分之一秒。
脉冲星 - 术语简介
脉冲星(Pulsar),又称波霎,是中子星的一种,为会周期性发射脉冲信号的星体。脉冲星人们最早认为恒星是永远不变的。而大多数恒星的变化过程是如此的漫长,人们也根本觉察不到。然而,并不是所有的恒星都那么平静。后来人们发现,有些恒星也很“调皮”,变化多端。于是,就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字,叫“变星”。
脉冲星,就是变星的一种。脉冲星是在1967年首次被发现的。当时,还是一名女研究生的贝尔,发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。经过仔细分析,科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号,人们就把它命名为脉冲星。脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始,人们对此很困惑,甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。据说,第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。
经过几位天文学家一年的努力,终于证实,脉冲星就是正在快速自转的中子星。而且,正是由于它的快速自转而发出射电脉冲。蟹状星云脉冲星的X射线/可见光波段合成图像正如地球有磁场一样,恒星也有磁场;也正如地球在自转一样,恒星也都在自转着;还跟地球一样,恒星的磁场方向不一定跟自转轴在同一直线上。这样,每当恒星自转一周,它的磁场就会在空间划一个圆,而且可能扫过地球一次。但如果要发出像脉冲星那样的射电信号,需要很强的磁场。而只有体积越小、质量越大的恒星,它的磁场才越强。而中子星正是这样高密度的恒星。
另一方面,当恒星体积越大、质量越大,它的自转周期就越长。我们很熟悉的地球自转一周要二十四小时。而脉冲星的自转周期竟然小到0.0014秒!要达到这个速度,连白矮星都不行。这同样说明,只有高速旋转的中子星,才可能扮演脉冲星的角色。
脉冲星 - 发现过程1932年,英国物理学家查德威克(Jameschadwizk)发现中子以后,前苏联物理学家朗道(L.D.Landau)就提出可能存在主要由中子组成的中子星。直到1967年发现了脉冲星,才解开了萦绕天文学家和物理学家脑际30多年的中子星之谜。
1967年7月,英国剑桥大学穆拉德射电天文台建起新型射电望远镜,目的是观测太阳系行星际空间的闪烁现象。一位年仅24岁的女青年乔斯琳·贝尔(Jocelvn Bell)担任监测工作。这是一项非常辛苦而又非常细致的工作。贝尔认真负责,干得十分出色。一天,她发现记录纸上有一段很奇特的记录过程。贝尔和她的老师休伊什(Anioy Hewish)决定对此段进行快速记录。
1967年10月,剑桥大学卡文迪许实验室的安东尼·休伊什教授的研究生——24岁的乔丝琳·贝尔检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号,它们的周期十分稳定,为1.337秒。起初她以为这是外星人“小绿人(LGM)”发来的信号,但在接下来不到半年的时间里,又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。后来人们确认这是一类新的天体,并把它命名为脉冲星(Pulsar,又称波霎)。脉冲星与类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子一道,并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。安东尼·休伊什教授本人也因脉冲星的发现而荣获1974年的诺贝尔物理学奖,尽管人们对贝尔小姐未能获奖而颇有微词。
1967年11月28日,终于获得了清晰的连续脉冲图。脉冲周期极短,只有1.337秒,而且周期非常稳定。脉冲随天球东升西落的视运动而移动,脉冲来自狐狸座方向。这是什么脉冲讯号呢?为什么讯号周期这么短?为什么讯号周期这么稳定?一个大胆的设想,想到了有理智的高级生命。是不是外星人在向我们打招呼?人们甚至想:如果有这种外星人的话,它们一定是身材矮小,不需要从植物获得太阳能,皮肤可能是绿色的。就这样,诞生了想像中的“小绿人”。这是多么诱人的推测,这是多么鼓舞人的设想。
1967年12月25日,贝尔又发现了第二个这样的天体讯号。1968年1月,又连续发现两个这样的天体讯号。这一下大大冲击了“小绿人”的设想。天空中不同方向有这么多“小绿人”?这不可能。于是寻求答案的方向从有理智的生命转到天体自身上。快速而稳定的脉冲是天体在轨道上产生的?不可能。是天体自身的脉动?也不可能。是天体自转造成的?一秒多钟的自转周期是什么天体呢?首先,这个天体的体积不能很大。可是,哪有体积这么小的天体呢?在探讨中,科学家们恍然大悟。想起在30多年前提出过的中子星。也就是说,这是一种快速自转的中子星。叫它脉冲星。
脉冲星的特征除高速自转外,还具有极强的磁场,电子从磁极射出,辐射具有很强的方向性。由于脉冲星的自转轴和它的磁轴不重合,在自转中,当辐射向着观测者时,观测者就接收到了脉冲。到1999年,已发现1000颗脉冲星。
直到脉冲星被发现后,经过计算,它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积小、密度大、质量大的星体才能达到。这样,中子星才真正由假说成为事实。这真是本世纪天文学上的一件大事。因此,脉冲星的发现,被称为二十世纪六十年代的四大天文学重要发现之一。
20世纪30年代提出的中于星设想,到60年代得到验证。这是研究恒星演化史的一项重大突破。因此,脉冲星的发现被列为20世纪60年代天文学的四大发现之一,休伊什教授也因此荣获1974年诺贝尔物理学奖。[1]
脉冲星 - 基本特征
脉冲星有着不可思议的特征。地球每24小时自转一次,而大多数脉冲星每秒钟就能自转一次或多次,它们的自转速度比太阳系中转速最快的木星还快10万倍。而且奇妙的是,这种自转变化非常微小,如毫秒脉冲星每年减慢不到1/108 秒。因此,它被认为是宇宙中最好的计时工具,例如一颗编号为PSRJ1909-3704的脉冲星,它像高速陀螺一样地旋转,每秒钟转动339周,非常有规律,几乎没有误差,所以它成为迄今为止所发现的最为准确的“天体物理学时钟”。除此之外,它有着难以想象的体积、密度、温度、压强、引力和磁场强度等。
①体积小、密度极大:脉冲星是由中子密集在一起的超高密度星体,所以体积一般很小,绝大多数的脉冲星半径往往仅有10公里左右,这个半径仅仅是地球半径的千分之一多一点。形象地说,一个地球可以容纳下2.6亿颗脉冲星,而太阳可以容纳下130万个地球。但是脉冲星的质量却是太阳质量的1.5—2.5倍,所以它的密度极高,1立方厘米就有10亿吨。
②温度极高、压强极大:太阳系中,温度最高的星球是太阳,它的表面温度为6000度,中心温度达1500万度。脉冲星的表面温度可达1000万度,是太阳表面温度的2000倍,而其中心温度竟高达60亿度。脉冲星由于本身的重力非常大,连电子在原子核外面也撑不住内缩的压力,被压缩到原子核中,与质子结合成中子。因为脉冲星的密度非常大,所以它们的压力也大得令常人无法想象,在这个高压世界中,中心压力可达1万亿亿大气压,比太阳高3亿亿倍。
③强引力作用:脉冲星是处于演化后期的恒星,是在老年恒星的中心形成的,而能够形成脉冲星的恒星,其质量一般较大。据科学家计算,当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时,它就有可能最后变为一颗脉冲星,而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。尽管脉冲星只相当于地球体积的一小部分,但他的引力场却强过地球的10亿倍。
④强磁场:地球有磁场,大约为0.6高斯。太阳有磁场,其普遍磁场大约为几高斯,黑子区域的磁场比较强,可达几千高斯。有些磁场比较强的恒星,可达几千到几万高斯。在地球上的实验室里能制造出磁场的最高纪录是1千万高斯(1高斯=10-4特斯拉)。那么中子星的磁场情况怎么样呢,大多数脉冲星具有约1012高斯的磁场,它是地球的1000亿倍,是太阳磁场强度的1亿倍到100亿倍。[2]
脉冲星 - 内部状况
现在,一支国际研究小组成功采用激光干涉重力波天文台(LIGO)探测到来自螃蟹云翳中脉冲星的信号,信号分析结果显示脉冲星4%的能量损失是由重力波喷射造成的。这项期待已久的研究分析具有里程碑意义,这是科学家第一次直接探测到脉冲星内部状况。
脉冲星是快速旋转的中子星,螃蟹云翳距离地球6500光年,位于金牛星座,形成于1054年的一次壮观超新星爆炸。每年有3个星期的时间在白天中可观测它的存在,同时在夜晚会暂时比满月更明亮一些。中国古代书籍中曾提及螃蟹云翳作为“寄宿恒星(guest star)”。目前,在螃蟹云翳中心位置残留着以难以置信速度旋转的中子星,每当它旋转一周时,会释放两道窄射电波射向地球。这种像灯塔似的释放射电脉冲的中子星也被命名为“脉冲星”。
英国格拉斯哥大学格雷厄姆·沃安负责此项研究,他与LIGO汉福德天文台的迈克尔·兰德瑞通过LIGO观测数据认真分析了螃蟹云翳中的脉冲星,沃安说,“这颗脉冲星以每秒30次速度快速旋转,然而它的旋转速率比许多脉冲星都降低了许多,由此显示它以非常大的速度辐射释放能量。”
仅10公里半径的脉冲星却比太阳的质量更大,差不多这个球形结构都是由中子构成。重力波在空间和时空结构中产生波动,这是爱因斯坦广义相对论的一个重要推论。重力波喷射是螃蟹云翳中脉冲星能量损失的物理机制假想之一,它的出现伴随着脉冲星旋转速度逐渐减缓。迈克尔·兰德瑞说,“我们的研究分析结果显示不超过4%的脉冲星能量损失是由于重力波辐射造成的,其他的能量损失是由于其他物理机制造成的,比如:脉冲星快速旋转磁场和进入该云翳的高速率粒子喷射共同作用形成的电磁辐射。”
LIGO科学家使用3个LIGO干涉计的观测数据监控了这颗脉冲星从2005年11月至2006年8月的活动变化,LIGO干涉计是简单、高敏感探测器,他们对比了LIGO和乔德雷尔·班克天文台发布的脉冲星旋转速率,从中寻找到同步重力波信号。
科学家称这项研究非常重要,它提供了脉冲星和其结构的信息。他们指出,如果一个完全平滑的脉冲星旋转时是不会产生重力波的,LIGO之所以探测到螃蟹云翳中的脉冲星产生重力波,是由于该脉冲星外形残缺几米,并不是十分的光滑球体形状。通常这种残缺现象出现在年轻的脉冲星上,比如:螃蟹云翳中的脉冲星,其外壳仍是半固体状态;或者是具有巨大磁场的脉冲星。
宾夕法尼亚州物理学家本·欧文称,LIGO让我们更深了解到脉冲星表面之下实质性状态,天文学家看到螃蟹脉冲星内部大量的电磁波(射电波、X射线等),但是脉冲星非常密集,甚至X射线不能抵达其内部,仅能到达脉冲星表面。但是重力波可以抵达脉冲星内部,这是科学家首次直接观测脉冲星内部。[3]
脉冲星 - 观测特点
1、周期性地发射短促的脉冲辐射。
2、脉冲周期很短。周期最短的为0.03秒,最长的为4.3秒,周期通常有非常缓慢的变长现象。大约每年增长百万分之一秒到千亿分之一秒。
3、脉冲辐射多呈单峰或双峰形状,有的甚至多到五个峰。每个脉冲星的个别脉冲在脉冲形状和强度上会有变化,但几百个脉冲累加得到的平均脉冲轮廓(在脉冲期间辐射能量随时间的变化曲线)是稳定的。每个脉冲星有它特有的平均脉冲轮廓。附图分别绘出脉冲星 PSR0833-45、 PSR1133+16、PSR2045-16和PSR0525+21的平均脉冲轮廓。
4、脉冲辐射持续时间约为周期的百分之一到十分之几。
5、脉冲辐射是高度的线偏振或椭圆偏振。偏振度和偏振矢量的方向在脉冲期间通常是变化的。
6、绝大多数脉冲星只是在射电波段发出辐射。在射电波段的频谱分布一般呈简单的幂律谱,也有呈现为二段幂律谱合成的频谱。频谱指数通常是在3~1的范围。
7、有些脉冲星的个别脉冲会出现规则的向前或向后的漂移现象,有些脉冲星有时会呈现短缺脉冲现象。
8、个别脉冲星会有周期突然变化的现象。例如,近年来PSR0833-45的脉冲周期发生过三次突然变化(见脉冲星自转突快),PSR0531+21也有类似现象。
9、已发现的脉冲星都是银河系内的天体,其距离在100秒差距到2万秒差距之间。大多分布在银道面两旁,有向银道面聚集的倾向。
脉冲星 - 太空实验
早在1932年,英国物理学家查德威克发现了中子之后不久,前苏联著名物理学家郎道就大胆提出预言:在宇宙中可能存在基本上由中子组成的星体,称之为中子星。不久,又有天文学家提出超新星爆发可以产生中子星,甚至指出在蟹状星云中有一颗中子星。他们的研究指出,在恒星的核燃料耗尽以后,恒星中心部分的坍缩引起超新星爆发时,向中心坍缩的质量超过1.4太阳质量,而又小于2.0个太阳质量时,自由电子的压力不能抵抗强大的引力而继续坍缩,导致原子核破裂,电子和质子作用变成中子,形成中子的海洋,最后因为中子所产生的压力可以抵抗引力而使坍缩停止,从而形成稳定的中子星。
1967年, 英国剑桥大学的休伊什和他的研究生乔丝琳•贝尔小姐在研究射电源的行星际闪烁时偶然发现了一个来自宇宙空间的周期为1.33730秒的射电脉冲信号,后来把发出这类信号的这类天体称为脉冲星。目前已经观测到1700多颗脉冲星,它们的周期在1.56毫秒到5秒之间。1982年发现毫秒脉冲星,周期非常短,仅有1.56毫秒。脉冲星的周期是自转引起的,周期1.56毫秒表明每秒钟要自转600多圈,比陀螺还快得多。只有中子星才可能转得这么快,科学家确认脉冲星就是中子星。
脉冲星的周期特别稳定,特别准确,可以和地球上的原子钟媲美。在日常生活中都需要钟表,我们不会因为一天之中钟表快了或慢了几秒钟而伤脑筋。但是在一些尖端科学中,如发射人造卫星就是差千分之一秒也不行。发明了原子钟以后,时间就准确得多了,精度达到了几万年才有1秒的误差。毫秒脉冲星周期的长期稳定度达到10-14,可以和原子钟媲美,成为挂在天上的“标准钟”。
中子星的密度之大是惊人的。太阳的密度为1.41克/厘米3,而白矮星可达106克/厘米3,中子星则为1014克/厘米3。我们地球的密度为5.5克/厘米3。在地球上,我们都有体会,金属的密度很大,因此很重。一杯水银足有3公斤重。在地球上称1立方厘米的白矮星物质,足有200吨重,中子星的密度大得更是惊人,1立方厘米的中子星物质有一亿吨重,万吨巨轮也休想拖动它。[4]
脉冲星 - 著名脉冲星
1、毫秒脉冲星:20世纪80年代,由发现了一类所谓的毫秒脉冲星,它们的周期太短了,只有毫秒量级,之前的仪器虽然能探测到,但是很难将脉冲分辨出来。研究发现毫秒脉冲星并不年轻,这就对传统的“周期越短越年轻”的理论提出了挑战。进一步的研究发现毫秒脉冲星与密近双星有关。
2、人类发现的第一颗脉冲星:PSR1919+21,也就是上文贝尔小姐发现的那颗脉冲星,位于狐狸座方向,周期为1.33730119227秒。
3、人类发现的第一颗脉冲双星:PSR B1913+16
4、人类发现的第一颗毫秒脉冲星:PSR B1913+16
5、人类发现的第一颗带有行星系统的脉冲星:PSR B1257+12
6、人类发现的第一颗双脉冲星系统:PSRJ0737-3039
脉冲星 - 脉冲双星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。通过精确地测量射电脉冲双星轨道周期的变化可以检测引力波的存在,验证广义相对论。赫尔斯和泰勒也因此获得1993年的诺贝尔物理学奖。
2003年4月,研究人员发现PSRJ0737-3039A的周期为22毫秒,并且在有规律地变化。人们认为这是一个罕见的双脉冲星系统,两颗子星都是脉冲星,并且辐射束都扫过地球。观测显示,这对双脉冲星系统的A星是一颗1.337太阳质量的毫秒脉冲星,周期22毫秒,B星是一颗1.251太阳质量的正常脉冲星,周期2.27秒。两颗子星相互环绕的轨道周期仅为2.4小时,轨道偏心率为0.088,平均速度达到0.1%光速。这个双脉冲星系统的发现为检测引力波的存在带来了新的希望。[5]
脉冲星 - 研究现状
经过十余年的努力,中国在脉冲星天文学观测和研究领域已迈出重要步伐,正向该领域的国际前沿迈进。脉冲星是体积很小、密度很大的星体,被称为中子星,它们小到直径仅有20公里。这些星体旋转时,会发出有规律的周期性电磁辐射脉冲,故名脉冲星。第一颗脉冲星是在1967年由英国天文学家安东尼·休伊什和他的研究生乔瑟琳·贝尔发现的,迄今已有1600多颗脉冲星被发现。脉冲星的研究对于揭示宇宙诞生和演变的奥秘有重要意义。
从上世纪90年代中期至今,中国在脉冲星天文学的研究领域取得了一系列科研成果,已建立国内第一个能与国际接轨的脉冲星观测基地--乌鲁木齐天文站南山脉冲星观测基地。近年来,该站的脉冲星观测系统已达国际先进水平,其取得的观测成果受到国际脉冲星研究界的关注。
目前,国务院已原则通过国家计委提出的关于今后五年的“九项国家大科学工程”计划,其中天文学望远镜的建设被列入其中。
中国科学院国家天文台乌鲁木齐天文站站长王娜研究员介绍,脉冲星的观测和研究目前在中国非常活跃,成绩也不错。“50米望远镜”和“FAST(500米)望远镜”也正在建设中,建成后必将对提升中国脉冲星观测和研究水平起到极大的促进作用。
欧洲航天局、俄罗斯宇宙研究所和澳大利亚国家射电天文台(ATNF)利用XMM-Newton X射线太空望远镜有可能观察到脉冲星及其邻近恒星气体光环的碰撞,这一独特现象伴随有伽马射线和X射线爆发,通过观察能获得有关脉冲星风起源和成分的信息。以“积分”号太空探测器数据研究中心玛丽亚•切尔尼亚科娃博士为首的科学家小组对XMM-Newton X射线太空望远镜获取的新信息与原先获得的大量信息进行分析,被研究的脉冲星编号为PSR B1259-63,它是一颗射电脉冲星,即它在大部分时间里辐射无线电波,位于离开地球约5000光年的地方。
脉冲星风中含有多少能量以及脉冲星风是由质子还是电子组成,至今仍不清楚。科学家小组考察了脉冲星一颗卫星SS 2883,即所谓的“Be”恒星,这类恒星具有比太阳大几倍的质量,它们以巨大速度在旋转。由于快速旋转这类恒星赤道地区变得很凸出,它们仍具有球体形状,恒星抛出的气体形成像土星光环一样的近赤道环状物。PSR B1259-63脉冲星在3.4年里两次通过恒星环状物,伽马射线和X射线辐射峰值仅持续了几个月,即在这两个天体相互离开最小距离之前与之后。XMM-Newton X射线太空望远镜收集的数据几乎同时被架设在纳米比亚HESS天文台一台工作在伽马射线波段的新型望远镜获得。
切尔尼亚科娃博士表示,要理解脉冲星风必须跟踪该系统,现在研究还在继续,并开始建立理论模型。 [6]
一组国际研究人员探索到一个全新的方法,使得浩瀚宇宙中的脉冲星成为更为精确的宇宙之钟。校准这台“时钟”,将极大促进对宇宙涟漪——引力波的搜索工作,而引力波被称之为“爱因斯坦广义相对论中最后一个尚未被证明是对的组成部分”,它的出现将带领人们发掘宇宙起源最深处的奥秘。脉冲星就像个“飞轮”般高速旋转,有的甚至可以达到每秒714圈,旋转过程中其磁场形成强烈的电波向外界辐射。科学家当然不会放过这个天然太空实验室。在对其深入研究后,人们发现脉冲星虽拥有强烈的规律性,但要想成为一台检测时空曲率的精密仪器,它的旋转还称不上“完美的稳定”。任何轻微的不规则变化都会大大降低它们作为时间仪器的价值。[7]
脉冲星 - 重要意义
由于脉冲星是在蹋缩的超新星的残骸中发现的,它们有助于我们了解星体蹋缩时发生了什么情况。还可通过对它们的研究揭示宇宙诞生和演变的奥秘。而且,随着时间的推移,脉冲星的行为方式也会发生多种多样的变化。
每颗脉冲星的周期并非恒定如一。我们能探测到的是中子星的旋转能(电磁辐射的来源)。每当脉冲星发射电磁辐射后,它就会失去一部分旋转能,且转速下降。通过月复一月,年复一年地测量它们的旋转周期,我们可以精确地推断出它们的转速降低了多少、在演变过程中能量损失了多少,甚至还能够推断出在因转速太低而无法发光之前,它们还能生存多长时间。
事实还证明,每颗脉冲星都有与众不同之处。有些亮度极高;有些会发生星震,顷刻间使转速陡增;有些在双星轨道上有伴星;还有数十颗脉冲星转速奇快(高达每秒钟一千次)。每次新发现都会带来一些新的、珍奇的资料,科学家可以利用这些资料帮助人类了解宇宙。
脉冲星是20世纪60年代天文学的四大发现之一。在不到20年的时间,发现者接连两次获得诺贝尔物理学奖,引起了全世界的轰动。休伊什因发现脉冲星而获得1974年度诺贝尔物理学奖;此后,哈尔斯和泰勒对新发现的双脉冲星系统观测为爱因斯坦的广义相对论和引力波理论提供迄今为止最严格的检验,从而获得1993年的诺贝尔物理学奖。
因此脉冲星对天体物理学的研究具有极大的意义,脉冲星的这些不可思议的特征为现在物理学特别是高能物理和宇宙学提供了一个天然的平台,它为人类研究宇宙的起源、演化和变迁提供了一把天然的钥匙。随着科学技术的迅速发展,相信在不久的将来,人类对脉冲星的认识将更进一步,从中了解更多的秘密,为揭开宇宙神秘的面纱提供更多的有用信息。