人們最早認為恆星是永遠不變的。而大多數恆星的變化過程是如此的漫長,人們也根本覺察不到。然而,並不是所有的恆星都那麽平靜。後來人們發現,有些恆星也很“調皮”,變化多端。於是,就給那些喜歡變化的恆星起了個專門的名字,叫“變星”。
脈衝星發射的射電脈衝的週期性非常有規律。一開始,人們對此很困惑,甚至曾想到這可能是外星人在向我們發電報聯係。據說,第一顆脈衝星就曾被叫做“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。而且,正是由於它的快速自轉而發出射電脈衝。
正如地球有磁場一樣,恆星也有磁場;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劃一個圓,而且可能掃過地球一次。那麽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訊號,需要很強的磁場。而隻有體積越小、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。
另一方麵,當恆星體積越小、質量越大,它的自轉週期就越短。我們很熟悉的地球自轉一週要二十四小時。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,隻有高速旋轉的中子星,纔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。而且因為理論預言的中子星密度大得超出了人們的想象,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隻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。這真是上世紀天文學上的一件大事。因此,脈衝星的發現,被稱為二十世紀六十年代的四大天文學重要發現之一。
脈衝星是20世紀60年代天文的四大發現之一。至今,脈衝星已被我們找到了不少於1620多顆,並且已得知它們就是高速自轉著的中子星。
脈衝星有個奇異的特性——短而穩定的脈衝週期。所謂脈衝就是像人的脈搏一樣,一下一下出現短促的無線電訊號,如貝爾發現的第一顆脈衝星,每兩脈衝間隔時間是1.337秒,其他脈衝還有短到0.0014秒(編號為psr-j1748-2446)的,最長的也不過11.秒(編號為psr-j1841-0456)。那麽,這樣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星的高速自轉。那為什麽自轉能形成脈衝呢?原理就像我們乘坐輪船在海裏航行,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,由它視窗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,當它每自轉一週,我們就接收到一次它輻射的電磁波,於是就形成一斷一續的脈衝。
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。然而燈塔的光隻能從視窗射出來,是不是說脈衝星也隻能從某個“視窗”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,太陽表麵到處發亮,中子星則隻有兩個相對著的小區域才能輻射出來,其他地方輻射是跑不出來的。即是說中子星表麵隻有兩個亮斑,別處都是暗的。這是什麽原因呢?原來,中子星本身存在著極大的磁場,強磁場把輻射封閉起來,使中子星輻射隻能沿著磁軸方向,從兩個磁極區出來,這兩磁極區就是中子星的“視窗”。
中子星的輻射從兩個“視窗”出來後,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,且每轉一圈,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訊號。燈塔模型是現在最為流行的脈衝星模型。另一種磁場震蕩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訊號,此時中子星就不表現為脈衝星了。
脈衝星的一般符號是psr。例如,第一個脈衝星就記為psr1919 21。1919表示這個脈衝星的赤經是19小時19分; 21表示脈衝星的赤緯是北緯21度。
雙脈衝星psrj0737-3039a/b的發現,讓人們欣喜若狂。它是由兩個脈衝星形成的雙星係統。能夠發現雙脈衝星係統,確實是非常幸運的事情。對psrj0737-3039a進行計算以後,科學家預言它的脈衝輪廓形狀會發生較快的演化,甚至預言在2020年左右,它的光束會由於軸線進動而從我們的視線中消失,但是,仔細的觀測結果顯示,預期的脈衝輪廓形狀根本就沒有發生變化,這對科學家的打擊可是不小。預言的失敗讓我們感到,脈衝星的燈塔模型似乎存在著問題。
錐形掃射1968年有人提出脈衝星是快速旋轉的中子星。中子星具有強磁場,運動的帶電粒子發出同步輻射,形成與中子星一起轉動的射電波束。由於中子星的自轉軸和磁軸一般並不重合,每當射電波束掃過地球時,就接收到一個脈衝。
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