[科普中国]-科学百科知识第13期丨什么是脉冲星？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。 作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。 其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。
作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第十三个问题**： 什么是脉冲星** ？
１９６７年夏天，剑桥大学的赫维什和他的合作者，在十分偶然的情况下，探测到来自天空的一种从未探测到的射电辐射。这种射电辐射是非常有规则的、每隔１又１／３秒出现一次的脉冲。更确切地说，这种脉冲每隔１．３３７３０１０９秒出现一次，发出这种脉冲的辐射源后来就被称为脉冲星。接着，在这以后的几年中，天文学家又陆续发现了很多这样的脉冲星。说到这里，你们也许会提出一个疑问：脉冲星为什么未能更早发现呢？
**这是因为每一颗脉冲星虽然在一次脉冲当中都会辐射出大量的能量，但这些脉冲是如此的短暂，因此，射电波的平均强度是很低的。**这就是天文学家为什么一直没有发现他们的原因。**此外，由于天文学家在这以前都认为射电源是以稳定的水平辐射发出能量的，因此他们都没有去认真寻找这样的脉冲。**后来，在蟹状星云中发现了一颗脉动得特别快的脉冲星，同时还发现这颗脉冲星能在可见光的范围内发出辐射，而且光的闪烁正好和射电辐射的时间相一致。天文学家以前虽然曾多次观测到这颗脉冲星，但都以为它不过是一颗普通的恒星，因此从未有人试图用足够灵敏的、能发现它每秒钟会闪烁三十次的这样一种观测仪器去对它进行观测。一颗脉动得这样快的脉冲星，如果单凭肉眼或者仅仅依靠普通的仪器来进行观察，它的光就似乎是很稳定的。然而，脉冲星到底是一种什么样的星呢？一个天体如果会以周期性的间歇发射出能量的话，那么，在这间歇的时间内，它一定正在发生某种物理现象。例如，它也许是一个正在一会膨胀一会儿收缩的天体，并在每一次收缩时发射出一股能量。或者它也许正绕着自己的轴或围绕着另一个天体运转，并且每绕一周，就发射出一股能量。难以解决的一个问题是：这种脉动为什么会进行得这样快，长的是每４秒钟脉动一次，短的则是每隔１／３０秒就脉动一次。第一，这种脉冲星必定是一个非常炽热的物体，否则它就不可能发射出这样大的能量。第二，它必定是一个很小的天体，否则它绝不可能脉动得这样快。科学工作者以往所观测到的最小天体是白矮星。白矮星的质量可以和太阳的质量一样大（其炽热程度也可能和太阳差不多或者更大），但它的体积则不会比地球大。既然如此，这样的白矮星是否可能通过膨胀或收缩或者通过自转而发出脉冲来呢？会不会是两颗白矮星在那里彼此绕着转动呢？但是，不论天文学家用什么样的理论来解释这种现象，他们都无法想象出白矮星为什么会运动得这样快。既然不可能是白矮星，那么，有没有可能是更小一点的天体呢？天文学家曾经根据理论作出了一个预测，认为恒星在引力的作用下可能坍缩到非常致密的程度，以致恒星里的所有原子核都被挤压而彼此紧挨在一起。在这种情况下，电子和质子将会相互作用而形成中子，结果，这个恒星将会成为一团“中子浆”。这样的“中子星”的质量可能有太阳那样大，但直径却只有十来公里。不过，还没有人探测到中子星；由于中子星是如此之小，所以有些天文学家担心宇宙间即使有中子星存在，人们也无法探测到它。可是，这样小的天体应当会飞快地自转，因而就会产生这样的脉冲。这是因为在这样的天体上可能会出现这样一些条件，使得其中的电子只能通过该中子星表面的某些点逃逸出来。这样，当中子星自转时，电子就会像一个旋转着的喷头中喷出的水那样从其中喷射出来，每旋转一周，就会朝地球的方向喷射出一些电子，从而产生射电波和可见光。美国康奈尔大学的戈尔德曾经指出，如果情况真是这样，那么，中子星将会逐渐失去能量，因此，它的脉动率就应当会逐渐减慢。他的推论经过了检验，并发现实际情况确是如此。因此，就目前看来，脉冲星很可能就是天文学家曾经担心永远无法探测到的中子星。