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13 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1.3373
0109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。

阿西莫夫《你知道吗?--现代科学中的一百个问题》
科学普及出版社   1984年
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