變化的恆星:脈衝星

高速運轉的中子星

脈衝星就是高速旋轉的中子星,地球自轉一週是24小時,而脈衝星自轉一週只需0.001 337秒。可見它轉得有多快!唯有如此,它才能發出被人類接收到的射電脈衝,從而被人類發現。如果人類沒有發明射電望遠鏡,這類星不是就“ 藏在深閨人未識”了嗎?人們過去認為恆星是永遠不變的。大多數恆星的變化過程是如此得漫長,人們也根本覺察不到。然而,並不是所有的恆星都那麼平靜。後來人們發現,有些恆星也很“調皮”,受化多端。於是,就給那些喜歡變化的恆星起了個專門的名字,叫“變星”。

變化的恆星:脈衝星

脈衝星,就是變星的一種。脈衝星是在1967年首次被發現的。當時,還是一名女研究生的貝爾,發現狐狸星座有一顆星發出一種週期性的電波。經過仔細分析,科學家認為這是一種未知的天體。因為這種星體不斷地發出電磁脈衝信號,所以人們就把它命名為脈衝星。

脈衝星發射的射電脈衝

脈衝星發射的射電脈衝的週期性非常有規律。一開始人們對此很困感,甚至曾想到這可能是外星人在問我們發電報聯繫。據說,第一顆脈衝星就曾被叫作“小綠人一號”

經過幾位天文學家一年的努力,終於證實,脈衝星就是正在快速自轉的中子星。正是由於它的快速自轉向發出射電脈衝。

變化的恆星:脈衝星

正如地球有磁場樣, 恆星同樣科也有磁場,也正如地球在自轉一樣,恆星也都在自轉著:還跟地球一樣,恆星的磁場方向不一定跟自轉軸在同一直線上。這樣,每當恆星自轉一週,它的磁場就會在空間畫一個圓,而且可能掃過地球一次。

那麼豈不是所有恆星都能發脈衝了?其實不然,要發出像脈衝星那樣的射電信號,需要很強的磁場。而只有體積越小、質量越大的恆星,它的磁場才越強。而中子星正是這樣高密度的恆星。

另一方面,當恆星體積越大、質量越大,它的自轉週期就越長。我們很熟悉的地球自轉一週 要24小時。而脈衝星的自轉週期竟然小到0.0014秒!要達到這個速度,連白矮星都不行。這同樣說明,只有高速旋轉的中子星,才可能扮演脈衝星的角色。

這個結論引起了巨大的轟動。因為雖然早在20世紀30年代,中子星就作為假說而被提了出來,但是一直沒有得到證實,人們也不曾觀測到中子星的存在。因為理論預言的中子星密度大得超出了人們的想象,所以在當時人們還普遍對這個假說抱懷疑的態度。

直到脈衝星被發現後,經過計算,它的脈衝強度和頻率只有像中子星那樣體積小、密度大、質量大的星體才能達到。這樣,中子星才真正由假說成為事實。這真是20世紀天文學上的一件大事。因此,脈衝星的發現,被稱為20世紀60年代的四大天文學重要發現之一. 。

至今,脈衝星已被我們找到了1 620多顆,並且已知道它們就是高速自轉著的中子星。

變化的恆星:脈衝星

有規則的脈衝究竟是怎樣產生的呢?

天文學家已經探測、研究得出結論,脈衝的形成是由於脈衝的高速自轉。那為什麼自轉能形成脈衝呢?原理就像我們乘坐輪船在海里航行看到過的燈塔一樣。設想一座燈塔總是亮著且在不停地有規則運動,燈塔每轉一圈,由它窗口射出的燈光就射到我們的船上一次;不斷旋轉,在我們看來,燈塔的光就連續地一明一滅。脈衝星也是一樣,它每自轉一週,我們就接收到一次它輻射的電磁波,於是就形成斷一續的脈衝。 脈衝這種現象,也就叫“燈塔效應”。脈衝的週期其實就是脈衝星的自轉週期。

然而燈塔的光只能從窗口射出來,是不是說脈衝星也只能從某個“窗口”射出來呢?正是這樣,脈衝星就是中子星,而中子星與其他星體(如太陽)發光不一樣,太陽表面到處發亮,中子星則只有兩個相對著的小區域才有輻射出來,其他地方輻射是跑不出來的。也就是說,中子星表面只有兩個亮斑,別處都是暗的。這是什麼原因呢?原來,中子星本身存在著極大的磁場,強磁場把輻射封閉被起來,使中子星輻射只能沿著磁軸方向,從兩個磁極區出來,這兩個磁極區就是中子星的“窗口”。

出中子星的輻射從兩個“窗口來後,在空中傳播,形成兩個圓錐形的輻射束。若地球剛好在這束輻射的方向上,我們就能接收到輻射,且每轉-圈,這束輻射就掃過地球一次,也就形成我們接收到的有規則的脈衝信號。

燈塔模型是現在最為流行的脈衝星模型。另一種磁場震盪模型還沒有被普遍接受。

脈衝星是高速自轉的中子星,但並不是所有的中子星都是脈衝星,因為當中子星的輻射束不掃過地球時,我們就接收不到脈衝信號,此時中子星就不表現為脈衝星了。

變化的恆星:脈衝星


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