脉冲星是什么？

伤我心太深

　　脉冲星是什么:很早之前人们曾经认为，恒星正如它的名字一样，是恒久不变的。而且因为恒星具有很长的生命，所以人们也很难发现恒星出现了什么变化。但是，并非所有恒星都是不变的。天文学家们发现，有些恒星像淘气的孩子一样，会经常发生变化。人们给这样的恒星取了一个名字，叫做变星。


　　金牛座有一个壮观的星云，这就是蟹状星云。它离地球有6500光年远，是在一次超新星爆发中形成的。每年有三个星期的时间，在白天都能够看到它，到了夜里，它的亮度比满月还要强。中国的古代文献记载中就提到过蟹状星云，并称其为寄宿恒星。在蟹状星云的中心部分，有一颗旋转速度非常快的中子星。这颗中子星每自转一周就会向外发射两道电波。因为这样的中子星和灯塔一样，会周期性地发射电波，所以就被称为脉冲星。脉冲星就是我们前面提到的变星的一种。






　　脉冲星的发现和命名并没有多长时间的历史。1967年10月，英国剑桥大学的研究生乔思琳·贝尔在对天文台的射电望远镜收到的信号进行分析时，发现在狐狸星座有一颗星体向地球不断释放周期性的电波。经过分析，她发现这些电波信号每隔1.337秒就会发送一次，十分稳定。起初，她感到十分困惑，甚至认为这是地外生命在向地球发射信号，因此将这颗星球命名为小绿人一号。但是在接下来的半年时间里，类似的信号不断被发现。经过严谨地分析，科学家认为这是一种未被发现过的新天体，因为这类天体能够发出脉冲信号，所以被命名为脉冲星。


　　因为脉冲星往往存在于超新星爆发过后的残骸中，因此通过研究这些星体，我们能够了解恒星在坍缩时都发生了什么。同时我们能够通过对脉冲星的研究，对宇宙的诞生和发展过程也有更深入的了解。而且随着时间的推移，脉冲星发出的信号也会产生变化。并非每颗脉冲星的信号周期都是不变的。我们接收到的信号，实际上来源于它本来的电磁辐射。脉冲星向外释放电磁辐射，自身的动能就会下降，久而久之，自转的速度就会减慢。


　　我们对同一颗脉冲星进行长时间不间断的观测，测量它的旋转周期，就能精确地测算出它的转速变化，进而推断出它损失了多少质量。如果更进一步计算，科学家们甚至能够通过脉冲星的能量消耗速度推断它还有多长时间的寿命。通过对脉冲星的观测我们可以了解到，每颗脉冲星都与众不同。有的具有很高的亮度，有的星球上会发生震动，导致转速短时间内大幅升高，还有的脉冲星是双星系统，具有伴星。这些发现让我们对脉冲星的了解不断加深，进而也对宇宙更加了解。


　　脉冲星发出的信号之所以形成脉冲，原理就和我们在海中看到的灯塔一样。灯塔发出的灯光并非固定不动的，而是一直不停地散射。每旋转一圈，灯塔发出的光就会被我们发现一次。灯塔不断转动，从我们的观测角度就会出现周期性的光亮。






　　脉冲星也是如此，每自转一周，就向地球发射一次电波，不停地自转，地球接收到的信号就是一段一段的脉冲信号。所以这种脉冲信号也被称为灯塔效应。脉冲信号的周期代表脉冲星的自转周期。和灯塔一样，脉冲星上也只有一部分区域可以发射信号。


　　因为脉冲星的本质是中子星，中子星本身的磁场非常强大，磁场将整个星球的辐射都束缚了起来，只有沿着磁轴方向才能释放信号。所以信号能够逃逸出来的两个磁极，就像是脉冲星这个灯塔上的两个窗口。只有当脉冲星发出的能量束是朝向地球的，我们才能通过射电望远镜接收到它发出的信号。


　　脉冲星其实是可以发出可见光的，但是因为它实在太小了，而且距离我们十分遥远，所以在地球上无法看见它发出的光，只能使用射电望远镜来接收射线。虽然脉冲星的本质是中子星，但是并非所有中子星都能表现为脉冲星。因为当中子星发出的信号不是朝向地球的方向的，我们就无法接收到信号，这时中子星就不能称为脉冲星了。

　　恒星在坍缩的过程中，角动量是守恒的，因此在坍缩成中子星之后，自转的速度非常快。而且恒星的磁轴与自转轴通常不平行，所以高速转动的中子星只能从两个磁极向外释放信号。如果地球刚好处于这个圆锥形的辐射区里，就能观测到它发出的信号，这个中子星就称为我们观测到的一颗脉冲星。


　　脉冲星发出的脉冲信号周期非常短。其中，周期最短的只有0.03秒，最长的也不过4.3秒。随着脉冲星不断释放能量，自转速度会逐渐下降，所以脉冲信号的周期会缓慢地变长。一颗脉冲星的信号周期每年会延长百万分之一秒左右。每个脉冲星发出的信号都是不同的，但是若干个脉冲叠加起来得到的平均脉冲轮廓是稳定的。每个脉冲星的脉冲轮廓都有自己的特点。

　　在所有已经发现的脉冲星中，最著名的就是我们之前提到的蟹状星云中心的那一颗。它的脉冲周期是已知的脉冲星中最短的。这颗星球在很多波段都能发出辐射，如红外线、可见光和X射线波段。这颗脉冲星被认为是中国宋朝时期记录的一颗超新星爆发后的残骸。根据对蟹状星云的年龄的计算，能够与该脉冲星的年龄吻合。而且这颗脉冲星消耗能量与蟹状星云辐射能量的过程能够形成自洽，所以它们源自超新星爆发的观点能够得到有力的证明。