自从20世纪60年代以来,脉冲星就是天文学家们重点关注的天体之一。我国的天眼射电望远镜最近公布研究成果,也说是发现了两颗脉冲星,那么脉冲星到底是一种什么样的天体呢?
脉冲星是恒星中的中子星的一种,直径通常在10到30千米之间,自转的速度极快,它也是一种变星,在1967年首次被发现,当时一名叫贝尔的女研究生发现狐狸星座有一颗星会发出一种周期性的电波,天文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,于是就把它命名为脉冲星,由于它能定时准确而有不间断的发出脉冲信号,所以也是将来进行星际导航的理想天体,我国已于2016年11月发射了世界首颗脉冲星导航试验卫星,用来验证脉冲星导航技术体制的可行性。
身为中子星的脉冲星也是由恒星发生超新星爆发变化而来的,这种超新星爆发发生的时候,恒星的所有物质都向内塌缩,将内核挤压成了一个直径只有二三十公里的小个子天体,它就是中子星,其中发出脉冲信号的就是脉冲星,它的物质密度和温度都非常高。一立方厘米中子星物质就在一亿吨以上。
由于脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律,所以开始的时候,科学家们以为是外星人的雷达,以为是他们在向我们发无线电信号,所以第一颗被发现的脉冲星就曾被叫做”小绿人一号”。天文学家们通过一年多的研究才终于证实,信号的来源是一种正在快速自转的中子星,这种中子星具有强大的磁场,之所以能快速规律的发出脉冲信号,正是由于其磁场在星体自转中产生的,每当脉冲星自转一周,它的磁场就会在空间划一个圆,而且可能扫过地球一次,信号就会被我们接收到一次。
脉冲星的自转速度非常快,地球自转一周要二十四小时,而脉冲星的自转周期已知最小竟然小到0.0014秒,也就是说这种星球一秒钟可以转几十到几百圈。
早在上世纪30年代的时候,人们就根据爱因斯坦的相对论认为会有中子星这种天体,但是它的密度实在太高了,所以很多科学家都不相信会有这样的天体存在,甚至连爱因斯坦本人都不相信,所以中子星在上世纪60年代被发现后引起了巨大的轰动。
至今,人类已经找到了数千颗中子星,其中大部分都是脉冲星。比如我国北宋时期出现的天关客星,也就是现在的蟹状星云,它就是由一颗恒星发生超新星爆发之后形成的脉冲星,它距离地球有6500光年远,直径大概是十余公里,每秒钟可以自转30次。
简单来说,脉冲星是一种特殊的中子星,它们的自转速度极快,并且还会释放出大量的电磁辐射(其中包括X射线、可见光、红外线、无线电波等)和粒子喷流。首先,我们来了解一下中子星是怎么形成的。
事实上,中子星是由恒星演化而来。对于处在主序星阶段的恒星,其结构处于流体静力学平衡,即中心核反应产生的向外辐射压等于自身的向内重力。当恒星耗尽核反应燃料时,平衡被打破,恒星在自身的向内重力作用下发生坍缩。如果恒星的质量小于太阳质量的1.44倍,则电子简并压力将会抵挡住引力坍缩,重新达到流体静力学平衡,形成白矮星。然而,如果恒星的质量大于太阳质量的1.44倍,则电子将会被自重压入原子核中,与质子结合形成中子,中子简并压力将会抵挡住引力坍缩,重新达到流体静力学平衡,形成由中子组成的中子星。中子星的密度极高,两倍太阳质量的恒星被压缩成中子星之后,其直径仅为12千米。
在恒星的核心坍缩成中子星的过程中,将会释放出巨大的能量。有时,恒星核心的较小初始旋转速度会随着引力坍缩而大幅增加,这就像滑冰运动员把手臂收起来之后,旋转速度会变得越来越快。因此,最终会形成快速旋转的中子星,即脉冲星。
电磁辐射和粒子喷流来自于旋转中子星的南北磁极。就像地球一样,脉冲星的自转轴和磁轴不是重合的,所以从南北磁极释放出的辐射会很有规律地在太空中扫来扫去。如果地球恰好处在这个范围之内,我们将能够探测到周期性的脉冲。脉冲星的自转速度非常快,每秒自转10到1000周,还有些甚至比这还快。由于脉冲星的自转周期相当稳定,脉冲信号总是周期性地出现,所以它们又被誉为宇宙中最精确的天文时钟。
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