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首頁 文史百科 脈沖星作為現(xiàn)代天文的發(fā)現(xiàn)之一,其脈沖究竟是怎樣產生的

脈沖星作為現(xiàn)代天文的發(fā)現(xiàn)之一,其脈沖究竟是怎樣產生的

脈沖星發(fā)射射電脈沖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(tài)度。下面知秀網小編就為大家?guī)碓敿毜慕榻B,一起來看看吧!

直到脈沖星被發(fā)現(xiàn)后,經過計算,它的脈沖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。這真是上世紀天文學上的一件大事。因此,脈沖星的發(fā)現(xiàn),被稱為二十世紀六十年代的四大天文學重要發(fā)現(xiàn)之一。

脈沖星是20世紀60年代天文的四大發(fā)現(xiàn)之一。至今,脈沖星已被我們找到了不少于1620多顆,并且已得知它們就是高速自轉著的中子星。

脈沖星有個奇異的特性——短而穩(wěn)定的脈沖周期。所謂脈沖就是像人的脈搏一樣,一下一下出現(xiàn)短促的無線電訊號,如貝爾發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星,每兩脈沖間隔時間是1.337秒,其他脈沖還有短到0.0014秒(編號為PSR-J1748-2446)的,最長的也不過11.765735秒(編號為PSR-J1841-0456)。那么,這樣有規(guī)則的脈沖究竟是怎樣產生的呢?

天文學家已經探測、研究得出結論,脈沖的形成是由于脈沖星的高速自轉。那為什么自轉能形成脈沖呢?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(guī)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(xù)地一明一滅。脈沖星也是一樣,當它每自轉一周,我們就接收到一次它輻射的電磁波,于是就形成一斷一續(xù)的脈沖。

脈沖這種現(xiàn)象,也就叫“燈塔效應”。脈沖的周期其實就是脈沖星的自轉周期。然而燈塔的光只能從窗口射出來,是不是說脈沖星也只能從某個“窗口”射出來呢?正是這樣,脈沖星就是中子星,而中子星與其他星體發(fā)光不一樣,太陽表面到處發(fā)亮,中子星則只有兩個相對著的小區(qū)域才能輻射出來,其他地方輻射是跑不出來的。即是說中子星表面只有兩個亮斑,別處都是暗的。

這是什么原因呢?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,使中子星輻射只能沿著磁軸方向,從兩個磁極區(qū)出來,這兩磁極區(qū)就是中子星的“窗口”。

中子星的輻射從兩個“窗口”出來后,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(guī)則的脈沖信號。燈塔模型是現(xiàn)在最為流行的脈沖星模型。另一種磁場震蕩模型還沒有被普遍接受。

脈沖星是高速自轉的中子星,但并不是所有的中子星都是脈沖星。因為當中子星的輻射束不掃過地球時,我們就接收不到脈沖信號,此時中子星就不表現(xiàn)為脈沖星了。

脈沖星的一般符號是PSR。例如,第一個脈沖星就記為PSR1919+21。1919表示這個脈沖星的赤經是19小時19分;+21表示脈沖星的赤緯是北緯21度。

雙脈沖星PSRJ0737-3039A/B的發(fā)現(xiàn),讓人們欣喜若狂。它是由兩個脈沖星形成的雙星系統(tǒng)。

能夠發(fā)現(xiàn)雙脈沖星系統(tǒng),確實是非常幸運的事情。對PSRJ0737-3039A進行計算以后,科學家預言它的脈沖輪廓形狀會發(fā)生較快的演化,甚至預言在2020年左右,它的光束會由于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,預期的脈沖輪廓形狀根本就沒有發(fā)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,脈沖星的燈塔模型似乎存在著問題。

特征

錐形掃射1968年有人提出脈沖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(fā)出同步輻射,形成與中子星一起轉動的射電波束。由于中子星的自轉軸和磁軸一般并不重合,每當射電波束掃過地球時,就接收到一個脈沖。

恒星在演化末期,缺乏繼續(xù)燃燒所需要的核反應原料,內部輻射壓降低,由于其自身的引力作用逐漸坍縮。質量不夠大(約數(shù)倍太陽質量)的恒星坍縮后依靠電子簡并壓力與引力相抗衡,成為白矮星,而在質量比這還大的恒星里面,電子被壓入原子核,形成中子,這時候恒星依靠中子的簡并壓與引力保持平衡,這就是中子星。

典型中子星的半徑只有幾公里到十幾公里,質量卻在1-2倍太陽質量之間,因此其密度可以達到每立方厘米上億噸。由于恒星在坍縮的時候角動量守恒,坍縮成半徑很小的中子星后自轉速度往往非常快。又因為恒星磁場的磁軸與自轉軸通常不平行,有的夾角甚至達到90度,而電磁波只能從磁極的位置發(fā)射出來,形成圓錐形的輻射區(qū)。

此外在持脈沖星便是中子星的證據(jù)中,其中一個便是我們在蟹狀星云確實也發(fā)現(xiàn)了一個周期約0.033s的波霎。

脈沖星靠消耗自轉能而彌補輻射出去的能量,因而自轉會逐漸放慢。但是這種變慢非常緩慢,以致于信號周期的精確度能夠超過原子鐘。而從脈沖星的周期就可以推測出其年齡的大小,周期越短的脈沖星越年輕。

脈沖星的特征除高速自轉外,還具有極強的磁場,電子從磁極射出,輻射具有很強的方向性。由于脈沖星的自轉軸和它的磁軸不重合,在自轉中,當輻射向著觀測者時,觀測者就接收到了脈沖。到1999年,已發(fā)現(xiàn)1000顆脈沖星。

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