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自轉速度最快的星體
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自轉速度最快的星體是脈沖星。脈沖星,就是旋轉的中子星。脈沖星是在1967年首次被發現的。當時,還是一名女研究生的貝爾,發現狐貍星座有一顆星會發出一種周期性的電波。經過仔細分析,科學家認為這是一種未知的天體。因為這種星體不斷地發出電磁脈沖信號,就把它命名為脈沖星。脈沖星(Pulsar),又稱波霎,是中子星的一種,為會周期性發射脈沖信號的星體,直徑大多為10千米左右,自轉極快。
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定義

脈(mo)沖(chong)星(xing)(Pulsar),又(you)稱波霎(sha),是(shi)中子星(xing)的(de)(de)一種,為(wei)(wei)會(hui)周期性發射脈(mo)沖(chong)信號(hao)的(de)(de)星(xing)體,直徑大(da)多為(wei)(wei)10千(qian)米(mi)左右,自轉極快。

人(ren)們(men)最早認為恒(heng)星(xing)(xing)是(shi)永(yong)遠不變(bian)的(de)(de)。而大多(duo)數(shu)恒(heng)星(xing)(xing)的(de)(de)變(bian)化(hua)過程是(shi)如此的(de)(de)漫長,人(ren)們(men)也根(gen)本(ben)覺察(cha)不到。然而,并不是(shi)所(suo)有(you)的(de)(de)恒(heng)星(xing)(xing)都那(nei)么平(ping)靜(jing)。后來人(ren)們(men)發現(xian),有(you)些恒(heng)星(xing)(xing)也很“調皮”,變(bian)化(hua)多(duo)端。于是(shi),就給那(nei)些喜歡變(bian)化(hua)的(de)(de)恒(heng)星(xing)(xing)起了個專門的(de)(de)名字,叫“變(bian)星(xing)(xing)”。

脈(mo)沖(chong)星(xing)發射(she)的(de)(de)射(she)電脈(mo)沖(chong)的(de)(de)周期性非常有規律。一(yi)(yi)開始,人們對此(ci)很困惑,甚至(zhi)曾(ceng)(ceng)想到這可能是外星(xing)人在向我們發電報聯系(xi)。據(ju)說,第一(yi)(yi)顆脈(mo)沖(chong)星(xing)就曾(ceng)(ceng)被叫做“小綠人一(yi)(yi)號”。

經過(guo)幾位(wei)天(tian)文學家一(yi)年的(de)(de)努力,終(zhong)于(yu)證實(shi),脈沖星就(jiu)是正在快速自轉(zhuan)的(de)(de)中子星。而且(qie),正是由于(yu)它的(de)(de)快速自轉(zhuan)而發出射電脈沖。蟹狀星云脈沖星的(de)(de)X射線(xian)/可見光波段合成圖像。

正(zheng)如(ru)地球(qiu)有磁(ci)(ci)場(chang)一(yi)樣,恒星(xing)也有磁(ci)(ci)場(chang);也正(zheng)如(ru)地球(qiu)在(zai)(zai)自轉一(yi)樣,恒星(xing)也都(dou)在(zai)(zai)自轉著(zhu);還跟地球(qiu)一(yi)樣,恒星(xing)的磁(ci)(ci)場(chang)方(fang)向不(bu)一(yi)定跟自轉軸在(zai)(zai)同(tong)一(yi)直(zhi)線上。這樣,每當恒星(xing)自轉一(yi)周,它的磁(ci)(ci)場(chang)就(jiu)會在(zai)(zai)空間劃(hua)一(yi)個圓,而且可能掃過(guo)地球(qiu)一(yi)次。

那(nei)么豈不是所有恒星(xing)(xing)都能發(fa)脈沖了?其實不然,要發(fa)出像脈沖星(xing)(xing)那(nei)樣的(de)射電信號(hao),需(xu)要很強的(de)磁(ci)場(chang)(chang)。而(er)只有體積(ji)越(yue)小、質(zhi)量越(yue)大的(de)恒星(xing)(xing),它的(de)磁(ci)場(chang)(chang)才越(yue)強。而(er)中子星(xing)(xing)正是這樣高密(mi)度的(de)恒星(xing)(xing)。

另一方面,當(dang)恒星(xing)(xing)體積(ji)越(yue)大、質量(liang)越(yue)大,它的自(zi)轉周期就越(yue)短。我們很(hen)熟(shu)悉的地球(qiu)自(zi)轉一周要二十四(si)小時。而脈沖(chong)星(xing)(xing)的自(zi)轉周期竟然小到0.0014秒!要達到這(zhe)個速度(du),連(lian)白矮星(xing)(xing)都不行(xing)。這(zhe)同樣說(shuo)明(ming),只(zhi)有高速旋轉的中子星(xing)(xing),才可能扮演(yan)脈沖(chong)星(xing)(xing)的角色。

特性

脈(mo)沖(chong)星發射(she)射(she)電脈(mo)沖(chong)

這(zhe)個結論(lun)(lun)引起(qi)了(le)巨大的(de)轟動。因為雖然早在(zai)30年代,中子星(xing)就作為假說(shuo)而被提了(le)出來,但是(shi)一直沒(mei)有得到(dao)證實,人(ren)們(men)也不曾觀測到(dao)中子星(xing)的(de)存在(zai)。而且(qie)因為理論(lun)(lun)預言的(de)中子星(xing)密度大得超(chao)出了(le)人(ren)們(men)的(de)想象,在(zai)當(dang)時,人(ren)們(men)還普遍(bian)對這(zhe)個假說(shuo)抱懷疑的(de)態度。

直到脈(mo)沖星被(bei)發現后,經過計算(suan),它的(de)(de)脈(mo)沖強(qiang)度和(he)頻率(lv)只有像中(zhong)子(zi)星那樣體積小、密度大(da)、質量大(da)的(de)(de)星體才(cai)能達到。這(zhe)樣,中(zhong)子(zi)星才(cai)真正由假說成為事實。這(zhe)真是上世紀天(tian)文(wen)學(xue)(xue)上的(de)(de)一(yi)件大(da)事。因(yin)此(ci),脈(mo)沖星的(de)(de)發現,被(bei)稱為二十(shi)世紀六(liu)十(shi)年代的(de)(de)四大(da)天(tian)文(wen)學(xue)(xue)重要發現之一(yi)。

脈沖星(xing)是20世紀(ji)60年代天(tian)文的(de)(de)四大發現之一。至今(jin),脈沖星(xing)已被我們找(zhao)到了(le)不少于1620多顆,并且已得(de)知(zhi)它們就(jiu)是高速自轉著的(de)(de)中子星(xing)。

脈(mo)沖星(xing)有個奇異的(de)(de)特(te)性——短而穩定的(de)(de)脈(mo)沖周(zhou)期。所(suo)謂脈(mo)沖就是(shi)像人(ren)的(de)(de)脈(mo)搏一樣(yang),一下(xia)一下(xia)出現短促的(de)(de)無線電訊號,如(ru)貝爾發現的(de)(de)第一顆脈(mo)沖星(xing),每兩脈(mo)沖間隔時間是(shi)1.337秒(miao),其他脈(mo)沖還有短到0.0014秒(miao)(編(bian)號為(wei)PSR-J1748-2446)的(de)(de),最長(chang)的(de)(de)也不過11.765735秒(miao)(編(bian)號為(wei)PSR-J1841-0456)。那么,這(zhe)樣(yang)有規則(ze)的(de)(de)脈(mo)沖究竟是(shi)怎(zen)樣(yang)產生的(de)(de)呢?

天文學(xue)家已(yi)經探測、研究得出結論,脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)的(de)(de)形(xing)成(cheng)是由于脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星的(de)(de)高速(su)自轉(zhuan)。那為什么自轉(zhuan)能(neng)形(xing)成(cheng)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)呢(ni)?原(yuan)理就(jiu)像(xiang)我(wo)(wo)們(men)乘坐輪船在海(hai)里航行(xing),看到過的(de)(de)燈(deng)(deng)(deng)塔(ta)一(yi)(yi)(yi)樣。設(she)想(xiang)一(yi)(yi)(yi)座燈(deng)(deng)(deng)塔(ta)總是亮著(zhu)且(qie)在不停地有規(gui)則運動,燈(deng)(deng)(deng)塔(ta)每轉(zhuan)一(yi)(yi)(yi)圈,由它(ta)窗(chuang)口射(she)(she)出的(de)(de)燈(deng)(deng)(deng)光(guang)就(jiu)射(she)(she)到我(wo)(wo)們(men)的(de)(de)船上一(yi)(yi)(yi)次(ci)。不斷旋轉(zhuan),在我(wo)(wo)們(men)看來,燈(deng)(deng)(deng)塔(ta)的(de)(de)光(guang)就(jiu)連續(xu)地一(yi)(yi)(yi)明一(yi)(yi)(yi)滅(mie)。脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星也是一(yi)(yi)(yi)樣,當它(ta)每自轉(zhuan)一(yi)(yi)(yi)周,我(wo)(wo)們(men)就(jiu)接收到一(yi)(yi)(yi)次(ci)它(ta)輻射(she)(she)的(de)(de)電磁波,于是就(jiu)形(xing)成(cheng)一(yi)(yi)(yi)斷一(yi)(yi)(yi)續(xu)的(de)(de)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)。脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)這種現象,也就(jiu)叫“燈(deng)(deng)(deng)塔(ta)效(xiao)應”。脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)的(de)(de)周期其實就(jiu)是脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星的(de)(de)自轉(zhuan)周期。

然而(er)燈塔的(de)光(guang)只能從窗口(kou)射(she)出(chu)(chu)(chu)來(lai)(lai)(lai),是(shi)(shi)(shi)不是(shi)(shi)(shi)說脈沖星(xing)也(ye)只能從某個(ge)(ge)“窗口(kou)”射(she)出(chu)(chu)(chu)來(lai)(lai)(lai)呢?正是(shi)(shi)(shi)這(zhe)樣,脈沖星(xing)就是(shi)(shi)(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)子星(xing),而(er)中(zhong)(zhong)(zhong)子星(xing)與其(qi)他(ta)星(xing)體(如太陽)發光(guang)不一樣,太陽表面到處發亮(liang)(liang),中(zhong)(zhong)(zhong)子星(xing)則只有兩個(ge)(ge)相(xiang)對著的(de)小(xiao)區(qu)域才(cai)能輻射(she)出(chu)(chu)(chu)來(lai)(lai)(lai),其(qi)他(ta)地方輻射(she)是(shi)(shi)(shi)跑不出(chu)(chu)(chu)來(lai)(lai)(lai)的(de)。即是(shi)(shi)(shi)說中(zhong)(zhong)(zhong)子星(xing)表面只有兩個(ge)(ge)亮(liang)(liang)斑,別處都(dou)是(shi)(shi)(shi)暗(an)的(de)。這(zhe)是(shi)(shi)(shi)什(shen)么原因(yin)呢?原來(lai)(lai)(lai),中(zhong)(zhong)(zhong)子星(xing)本身存在著極(ji)大的(de)磁場,強磁場把輻射(she)封閉起來(lai)(lai)(lai),使中(zhong)(zhong)(zhong)子星(xing)輻射(she)只能沿著磁軸方向,從兩個(ge)(ge)磁極(ji)區(qu)出(chu)(chu)(chu)來(lai)(lai)(lai),這(zhe)兩磁極(ji)區(qu)就是(shi)(shi)(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)子星(xing)的(de)“窗口(kou)”。

中子星的輻(fu)射從(cong)兩(liang)個(ge)“窗口(kou)”出(chu)來(lai)后,在空中傳播(bo),形(xing)成兩(liang)個(ge)圓錐(zhui)形(xing)的輻(fu)射束。若地球剛好在這束輻(fu)射的方向上,我們(men)(men)就能接(jie)收到輻(fu)射,且每轉一圈,這束輻(fu)射就掃過地球一次,也(ye)就形(xing)成我們(men)(men)接(jie)收到的有規則的脈(mo)沖信號。

燈塔模型(xing)是現在(zai)最為流(liu)行的脈沖星(xing)模型(xing)。另一(yi)種磁場震蕩模型(xing)還沒(mei)有被普遍接受。

脈(mo)沖星是(shi)(shi)高速自轉(zhuan)的中子星,但(dan)并不是(shi)(shi)所有的中子星都是(shi)(shi)脈(mo)沖星。因為當中子星的輻射束不掃過地球時(shi),我們就接收不到(dao)脈(mo)沖信(xin)號,此時(shi)中子星就不表現為脈(mo)沖星了。

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

雙(shuang)脈沖(chong)星(xing)PSRJ0737-3039A/B的(de)發(fa)現(xian),讓人們(men)欣喜若狂。它是(shi)由(you)兩(liang)個脈沖(chong)星(xing)形成的(de)雙(shuang)星(xing)系(xi)統。能夠發(fa)現(xian)雙(shuang)脈沖(chong)星(xing)系(xi)統,確實是(shi)非常幸運的(de)事情。對(dui)PSRJ0737-3039A進行(xing)計算(suan)以后(hou),科學(xue)家預(yu)言它的(de)脈沖(chong)輪(lun)廓(kuo)形狀會(hui)發(fa)生較快的(de)演(yan)化(hua),甚(shen)至(zhi)預(yu)言在2020年左右,它的(de)光(guang)束會(hui)由(you)于軸線(xian)進動而(er)從我們(men)的(de)視線(xian)中消(xiao)失(shi)(shi),但是(shi),仔細的(de)觀測結果顯示,預(yu)期(qi)的(de)脈沖(chong)輪(lun)廓(kuo)形狀根本(ben)就沒(mei)有(you)發(fa)生變化(hua),這(zhe)對(dui)科學(xue)家的(de)打擊可(ke)是(shi)不小。預(yu)言的(de)失(shi)(shi)敗讓我們(men)感到,脈沖(chong)星(xing)的(de)燈塔(ta)模型似乎存(cun)在著問題。

脈沖原因

盡(jin)管還沒(mei)有(you)十分(fen)有(you)力的(de)(de)(de)(de)證據,但是全世(shi)界的(de)(de)(de)(de)脈沖星(xing)專家(jia)都相信,脈沖星(xing)并非(fei)或明(ming)或暗地(di)閃爍發(fa)光(guang),而是發(fa)射(she)出恒定的(de)(de)(de)(de)能(neng)量流。只是這一(yi)能(neng)量就像手電(dian)筒的(de)(de)(de)(de)光(guang)線(xian)那樣匯聚成一(yi)束(shu)非(fei)常窄的(de)(de)(de)(de)光(guang)束(shu),從星(xing)體(ti)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)極(ji)發(fa)射(she)出來。中子星(xing)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)軸(zhou)與旋轉軸(zhou)之間成一(yi)定角度(這與地(di)球的(de)(de)(de)(de)磁(ci)北極(ji)地(di)理(li)北極(ji)位置略有(you)不同一(yi)樣)。星(xing)體(ti)旋轉時(shi),這一(yi)光(guang)束(shu)就象燈(deng)塔的(de)(de)(de)(de)光(guang)束(shu)或救護(hu)車警燈(deng)一(yi)樣,掃過太空(kong)。只有(you)當此光(guang)束(shu)直接照射(she)到地(di)球時(shi),我(wo)們才能(neng)用某些望遠鏡探測到脈沖星(xing)的(de)(de)(de)(de)信號。這樣一(yi)來,恒流的(de)(de)(de)(de)光(guang)束(shu)就變成了脈沖光(guang)。 

幾(ji)乎所有(you)的專(zhuan)家(jia)都相信(xin)上述這種(zhong)燈塔模型。但(dan)是也(ye)有(you)“離(li)經叛道”的不同(tong)意見(jian)被(bei)提了(le)出(chu)(chu)來(lai)。新的觀點認為(wei)脈(mo)沖(chong)星的發光(guang)不是源自(zi)它的磁(ci)(ci)極(ji),而是來(lai)自(zi)它的周圍(wei)。同(tong)時認為(wei),脈(mo)沖(chong)星發出(chu)(chu)脈(mo)沖(chong)光(guang)是因(yin)為(wei)它的磁(ci)(ci)場(chang)在(zai)高速地翻轉(zhuan)振蕩,激變(bian)的磁(ci)(ci)場(chang)造成(cheng)星體(ti)周圍(wei)出(chu)(chu)現了(le)極(ji)高的感生(sheng)(sheng)電場(chang)。這個感生(sheng)(sheng)電場(chang)的峰值(zhi)出(chu)(chu)現在(zai)磁(ci)(ci)場(chang)過(guo)零點附近(jin),并且(qie)加速帶電粒子(zi)使其(qi)發出(chu)(chu)同(tong)步(bu)輻射(she)。這就可以解(jie)釋脈(mo)沖(chong)信(xin)號(hao)的產生(sheng)(sheng)機(ji)理。

磁(ci)場振蕩模(mo)(mo)型的(de)優點在于有太陽這(zhe)個低(di)頻振蕩的(de)樣板。我(wo)們知道,太陽磁(ci)場的(de)方向每(mei)過(guo)11年(nian)就會(hui)翻轉一次,如(ru)果太陽塌(ta)縮(suo)成了中子(zi)星(xing),它的(de)自轉周(zhou)期可以縮(suo)短到(dao)秒(miao)(miao)級甚至毫(hao)秒(miao)(miao)級,同時,它的(de)磁(ci)場翻轉周(zhou)期也可能(neng)達(da)到(dao)毫(hao)秒(miao)(miao)級。電磁(ci)振蕩模(mo)(mo)型遇到(dao)的(de)問題在于如(ru)下(xia)疑問:星(xing)體的(de)磁(ci)場真(zhen)的(de)能(neng)那么快地翻轉嗎?當然,燈塔模(mo)(mo)型也有它的(de)問題:磁(ci)鐵高(gao)速(su)旋轉的(de)時候,真(zhen)的(de)能(neng)從磁(ci)極發光嗎?

脈沖信號(hao)的(de)輻射(she),曾經被認為是(shi)(shi)中(zhong)子星的(de)極(ji)端(duan)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)特有行為。但是(shi)(shi)后來人們發(fa)現(xian),在某些主序星上,比如超(chao)冷星TVLM 513-46546和化學特殊星CU Virginis,都發(fa)現(xian)了非常(chang)相似(si)的(de)脈沖輻射(she),而這些星體的(de)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)都很低(數千高斯)。這對磁(ci)(ci)場(chang)(chang)震蕩模(mo)型是(shi)(shi)有利的(de)。因為磁(ci)(ci)場(chang)(chang)震蕩模(mo)型降(jiang)低了對磁(ci)(ci)場(chang)(chang)強度(du)的(de)要求(qiu)。

絕大多(duo)數的(de)脈(mo)沖星(xing)可(ke)以在射電(dian)波(bo)段被(bei)觀測到(dao)。少數的(de)脈(mo)沖星(xing)也能在可(ke)見光、X射線(xian)甚至γ射線(xian)波(bo)段內被(bei)觀測到(dao),例如(ru)著名的(de)蟹狀(zhuang)脈(mo)沖星(xing)就可(ke)以在射電(dian)到(dao)γ射線(xian)的(de)各個波(bo)段內被(bei)觀測到(dao)。

發現

1967年10月,劍橋大學卡文迪許實驗室的安東尼·休伊什教授的研究生——24歲的喬絲琳·貝爾檢測(ce)射電望遠(yuan)鏡收(shou)到(dao)的(de)(de)(de)信(xin)號時無意中發(fa)(fa)(fa)現(xian)了一些有(you)(you)規律(lv)的(de)(de)(de)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)信(xin)號,它們的(de)(de)(de)周期(qi)十分(fen)穩定,為1.337秒。起初(chu)她 以為這(zhe)是外星(xing)人(ren)(ren)(ren)“小綠人(ren)(ren)(ren)(LGM)”發(fa)(fa)(fa)來的(de)(de)(de)信(xin)號,但在接下來不到(dao)半年(nian)的(de)(de)(de)時間(jian)里(li),又陸(lu)陸(lu)續(xu)續(xu)發(fa)(fa)(fa)現(xian)了數個(ge)這(zhe)樣的(de)(de)(de)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)信(xin)號。后來人(ren)(ren)(ren)們確(que)認(ren)這(zhe)是一類(lei)新的(de)(de)(de)天體(ti),并(bing)把它命名為脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星(xing)(Pulsar,又稱(cheng)波(bo)霎)。脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星(xing)與類(lei)星(xing)體(ti)、宇(yu)宙微波(bo)背景(jing)輻(fu)射、星(xing)際有(you)(you)機分(fen)子一道,并(bing)稱(cheng)為20世紀60年(nian)代(dai)天文學“四大發(fa)(fa)(fa)現(xian)”。安(an)東尼·休(xiu)伊什教授(shou)本人(ren)(ren)(ren)也因脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星(xing)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)現(xian)而榮獲1974年(nian)的(de)(de)(de)諾(nuo)貝爾物理學獎,盡管(guan)人(ren)(ren)(ren)們對貝爾小姐未能獲獎而頗有(you)(you)微詞。

1997年拍攝的(de)(de)(de)美國電影(ying)《超(chao)時空接觸》(Contact)中(zhong)女主角破譯了來自外(wai)太空的(de)(de)(de)有(you)規律的(de)(de)(de)信號,并據此制(zhi)成了特殊的(de)(de)(de)機器。但第一次(ci)確定乘坐機器與(yu)外(wai)星智慧聯系的(de)(de)(de)人選時,卻沒有(you)選她。這段情(qing)節被認為是影(ying)射了貝(bei)爾(er)小姐沒有(you)獲(huo)得諾貝(bei)爾(er)獎的(de)(de)(de)事情(qing)。

15歲女(nv)生發現新脈沖星

一(yi)(yi)(yi)(yi)名(ming)(ming)西(xi)維吉(ji)尼亞(ya)的(de)高中學(xue)生(sheng),使(shi)用來(lai)自(zi)綠灣(wan)射電天文望(wang)遠(yuan)鏡(Robert C. Byrd Green Bank Telescope,簡寫GBT)的(de)數據,發(fa)現(xian)了一(yi)(yi)(yi)(yi)個新脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)星(xing)。 Shay Bloxton,15歲(sui),參(can)與了一(yi)(yi)(yi)(yi)個讓學(xue)生(sheng)分析射電望(wang)遠(yuan)鏡數據的(de)項(xiang)目(mu),于2009年10月(yue)15日(ri)發(fa)現(xian)了一(yi)(yi)(yi)(yi)個可能是脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)星(xing)的(de)天體。她和NRAO天文臺(tai)的(de)天文學(xue)家(jia)在一(yi)(yi)(yi)(yi)個月(yue)后再次觀察(cha)了該(gai)天體,證實(shi)它(ta)確實(shi)是一(yi)(yi)(yi)(yi)顆脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)星(xing)。Bloxton表示十分興奮(fen),她在11月(yue)份前往綠灣(wan),參(can)加(jia)跟蹤觀察(cha)。她所參(can)與的(de)項(xiang)目(mu)叫Pulsar Search Collaboratory(PSC),是美(mei)國國家(jia)射電天文臺(tai)和西(xi)維吉(ji)尼亞(ya)大學(xue)的(de)聯(lian)合項(xiang)目(mu)。科學(xue)家(jia)首(shou)次發(fa)現(xian)脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)星(xing)是在1967年。去(qu)年末,另一(yi)(yi)(yi)(yi)名(ming)(ming)來(lai)自(zi)South Harrison高中的(de)西(xi)維吉(ji)尼亞(ya)學(xue)生(sheng),也在參(can)與PSC項(xiang)目(mu)時發(fa)現(xian)了一(yi)(yi)(yi)(yi)個類似脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)星(xing)的(de)天體。

特征

錐形掃射1968年(nian)有人提出脈沖星是快速旋轉的(de)(de)中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)星。中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)星具(ju)有強(qiang)磁場(chang),運動(dong)的(de)(de)帶電粒(li)子(zi)(zi)發出同步輻射,形成與中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)星一起轉動(dong)的(de)(de)射電波(bo)束。由于中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)星的(de)(de)自(zi)轉軸(zhou)和磁軸(zhou)一般并不(bu)重(zhong)合,每當射電波(bo)束掃過(guo)地球時(shi),就接(jie)收(shou)到一個(ge)脈沖。

恒(heng)(heng)星在(zai)演化(hua)末期,缺(que)乏繼續燃燒(shao)所需(xu)要的(de)(de)(de)核反應原料,內部輻射(she)壓(ya)降低,由于(yu)其(qi)自(zi)身的(de)(de)(de)引力(li)作用逐漸坍(tan)縮(suo)。質(zhi)(zhi)量不夠大(約(yue)數倍太陽質(zhi)(zhi)量)的(de)(de)(de)恒(heng)(heng)星坍(tan)縮(suo)后依靠電(dian)子(zi)簡(jian)并壓(ya)力(li)與引力(li)相抗衡,成為白矮星,而在(zai)質(zhi)(zhi)量比這還大的(de)(de)(de)恒(heng)(heng)星里(li)面,電(dian)子(zi)被(bei)壓(ya)入(ru)原子(zi)核,形(xing)成中(zhong)子(zi),這時(shi)候恒(heng)(heng)星依靠中(zhong)子(zi)的(de)(de)(de)簡(jian)并壓(ya)與引力(li)保持(chi)平(ping)衡,這就(jiu)是中(zhong)子(zi)星。典(dian)型中(zhong)子(zi)星的(de)(de)(de)半(ban)徑只有幾公(gong)里(li)到(dao)(dao)十幾公(gong)里(li),質(zhi)(zhi)量卻(que)在(zai)1-2倍太陽質(zhi)(zhi)量之(zhi)間,因此其(qi)密度(du)可以(yi)達到(dao)(dao)每立(li)方厘米上億噸。由于(yu)恒(heng)(heng)星在(zai)坍(tan)縮(suo)的(de)(de)(de)時(shi)候角動量守恒(heng)(heng),坍(tan)縮(suo)成半(ban)徑很小(xiao)的(de)(de)(de)中(zhong)子(zi)星后自(zi)轉速度(du)往(wang)往(wang)非常快。又(you)因為恒(heng)(heng)星磁(ci)場的(de)(de)(de)磁(ci)軸與自(zi)轉軸通常不平(ping)行,有的(de)(de)(de)夾角甚至達到(dao)(dao)90度(du),而電(dian)磁(ci)波(bo)只能從磁(ci)極(ji)的(de)(de)(de)位置發射(she)出來,形(xing)成圓(yuan)錐形(xing)的(de)(de)(de)輻射(she)區。

此外在持脈沖星便(bian)(bian)是中子星的證(zheng)據中,其中一個便(bian)(bian)是我們在蟹狀星云(M1;原天(tian)關(guan)客星,SN 1054)確實也發現了(le)一個周期約(yue)0.033s的波霎(sha)。

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(xin)號周(zhou)期的精確度能夠超過原子鐘。而從脈沖(chong)星的周(zhou)期就(jiu)可以推測出其年(nian)齡的大小,周(zhou)期越短的脈沖(chong)星越年(nian)輕(qing)。

脈沖(chong)星(xing)的(de)(de)(de)特征除高速(su)自(zi)轉(zhuan)(zhuan)外,還具有極強的(de)(de)(de)磁(ci)場,電子從磁(ci)極射出,輻射具有很強的(de)(de)(de)方向性。由(you)于脈沖(chong)星(xing)的(de)(de)(de)自(zi)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)和它的(de)(de)(de)磁(ci)軸(zhou)不重合(he),在自(zi)轉(zhuan)(zhuan)中,當輻射向著觀測者時,觀測者就(jiu)接收(shou)到(dao)了脈沖(chong)。到(dao)1999年,已發現1000顆脈沖(chong)星(xing)。

毫秒脈沖星(Millisecond pulsar)

20世(shi)紀80年(nian)代,由發(fa)(fa)現了(le)一類(lei)所(suo)謂的毫(hao)(hao)秒脈(mo)沖星,它(ta)們的周期太短了(le),只有(you)毫(hao)(hao)秒量(liang)級(ji),之前的儀器雖然能探測到,但是很難將脈(mo)沖分辨出(chu)來(lai)。研(yan)究(jiu)發(fa)(fa)現毫(hao)(hao)秒脈(mo)沖星并不年(nian)輕(qing),這就(jiu)對傳統(tong)的“周期越短越年(nian)輕(qing)”的理論提(ti)出(chu)了(le)挑戰。進一步的研(yan)究(jiu)發(fa)(fa)現毫(hao)(hao)秒脈(mo)沖星與密近(jin)雙星有(you)關。

著名的脈沖星

人類發現(xian)的(de)第(di)一顆脈沖星(xing):PSR1919+21,也就是上文貝爾小(xiao)姐發現(xian)的(de)那顆脈沖星(xing),位(wei)于(yu)狐貍座(zuo)方向,周期為1.33730119227秒。

人類發(fa)現(xian)的第一(yi)顆脈沖雙星:PSR B1913+16

人類發現的第一顆毫(hao)秒脈沖星:PSR B1937+21

人(ren)類發現的第(di)一(yi)顆(ke)帶(dai)有(you)行星系統的脈沖(chong)星:PSR B1257+12

人類發現的(de)第一顆雙脈沖星系統:PSRJ0737-3039

命名規則

脈沖星的(de)(de)命名(ming)由(you)脈沖星英文pulsar的(de)(de)縮寫PSR加(jia)上(shang)其(qi)(qi)赤(chi)(chi)經(jing)赤(chi)(chi)緯(wei)坐標(biao)組(zu)成。如(ru)PSR B1937+21,1937是(shi)(shi)指該脈沖星位于(yu)赤(chi)(chi)經(jing)19 37 ,+21是(shi)(shi)指其(qi)(qi)位于(yu)赤(chi)(chi)緯(wei)+21°,B意味著赤(chi)(chi)經(jing)赤(chi)(chi)緯(wei)值是(shi)(shi)歸(gui)算到歷元1950年的(de)(de)值。此(ci)外(wai),J則表(biao)示赤(chi)(chi)經(jing)赤(chi)(chi)緯(wei)值是(shi)(shi)歸(gui)算到歷元2000年的(de)(de)值。

有關故事

脈(mo)沖(chong)星(xing)被認(ren)為是(shi)“死亡之(zhi)星(xing)”,是(shi)恒星(xing)在超新星(xing)階(jie)段爆發后的(de)(de)產(chan)物。超新星(xing)爆發之(zhi)后,就只剩(sheng)下了一個“核(he)”,僅有幾十公里大小,它的(de)(de)旋(xuan)(xuan)轉速(su)度很快,有的(de)(de)甚至(zhi)可(ke)以達到每秒714圈。在旋(xuan)(xuan)轉過程中,它的(de)(de)磁(ci)場會使它形(xing)成(cheng)強(qiang)烈(lie)(lie)的(de)(de)電波(bo)向(xiang)外界輻射,脈(mo)沖(chong)星(xing)就像是(shi)宇宙中的(de)(de)燈塔,源(yuan)源(yuan)不斷地向(xiang)外界發射電磁(ci)波(bo),這種電磁(ci)波(bo)是(shi)間歇性(xing)(xing)的(de)(de),而且有著很強(qiang)的(de)(de)規律(lv)性(xing)(xing)。正是(shi)由于(yu)其強(qiang)烈(lie)(lie)的(de)(de)規律(lv)性(xing)(xing),脈(mo)沖(chong)星(xing)被認(ren)為是(shi)宇宙中最(zui)精確的(de)(de)時鐘(zhong)。

脈沖星的(de)存在是過(guo)去人(ren)們(men)沒(mei)有預(yu)料到的(de),它(ta)的(de)性質如此奇特(te),以(yi)至于人(ren)們(men)在對它(ta)的(de)認識過(guo)程中產生了很多故事。

發現脈沖星

脈(mo)沖星剛發現的時候(hou),人(ren)們(men)(men)以(yi)為那是外星人(ren)向我們(men)(men)發射的電磁(ci)波,他們(men)(men)在尋求宇(yu)宙(zhou)中的知音。

1967年(nian),英國劍橋(qiao)新(xin)建造了射(she)(she)電(dian)望(wang)(wang)(wang)遠鏡(jing),這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)種新(xin)型(xing)的(de)(de)(de)(de)望(wang)(wang)(wang)遠鏡(jing),它的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)是(shi)(shi)(shi)(shi)觀測射(she)(she)電(dian)輻射(she)(she)受(shou)行(xing)星(xing)際物質的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。整個裝置不能移動(dong),只能依靠各天區(qu)的(de)(de)(de)(de)周日(ri)運(yun)動(dong)進入望(wang)(wang)(wang)遠鏡(jing)的(de)(de)(de)(de)視場而(er)進行(xing)逐條掃描(miao)。1967年(nian)7月,這(zhe)(zhe)臺儀器正式投入使用(yong),接受(shou)波(bo)長為3.7米(mi)。用(yong)望(wang)(wang)(wang)遠鏡(jing)觀測并擔任繁重記錄處理的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)(shi)休(xiu)伊(yi)什(shen)的(de)(de)(de)(de)女博(bo)士研究生喬斯(si)琳·貝爾(er)。在觀測的(de)(de)(de)(de)過(guo)程中,細心的(de)(de)(de)(de)貝爾(er)小(xiao)姐(jie)發(fa)現了一(yi)系列的(de)(de)(de)(de)奇怪的(de)(de)(de)(de)脈沖,這(zhe)(zhe)些脈沖的(de)(de)(de)(de)時間間距精確(que)的(de)(de)(de)(de)相等。貝爾(er)小(xiao)姐(jie)立刻(ke)把這(zhe)(zhe)個消(xiao)息(xi)報(bao)告給她的(de)(de)(de)(de)導(dao)師(shi)休(xiu)伊(yi)什(shen),休(xiu)伊(yi)什(shen)認為這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)(shi)(shi)受(shou)到了地球上(shang)某(mou)種電(dian)波(bo)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。但是(shi)(shi)(shi)(shi),第二天,也是(shi)(shi)(shi)(shi)同(tong)(tong)一(yi)時間,也是(shi)(shi)(shi)(shi)同(tong)(tong)一(yi)個天區(qu),那個神秘(mi)的(de)(de)(de)(de)脈沖信號再次出(chu)現。這(zhe)(zhe)一(yi)次可以證明,這(zhe)(zhe)個奇怪的(de)(de)(de)(de)信號不是(shi)(shi)(shi)(shi)來(lai)自于地球,它確(que)實是(shi)(shi)(shi)(shi)來(lai)自于天外。

這(zhe)是(shi)不(bu)(bu)是(shi)外星(xing)(xing)人(ren)(ren)向(xiang)我們發(fa)出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)文明信號呢(ni),新聞媒體(ti)對這(zhe)個(ge)(ge)問題(ti)投入(ru)了(le)極大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱情(qing),不(bu)(bu)久,貝爾(er)(er)又發(fa)現(xian)(xian)了(le)天空中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)另(ling)外幾個(ge)(ge)這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)天區,最后終于證明,這(zhe)是(shi)一種(zhong)新型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)還不(bu)(bu)被人(ren)(ren)們認識的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)天體(ti)——脈(mo)沖(chong)星(xing)(xing)。1974年,這(zhe)項(xiang)新發(fa)現(xian)(xian)獲(huo)得了(le)諾貝爾(er)(er)物理獎(jiang),獎(jiang)項(xiang)頒給了(le)休伊什,以獎(jiang)勵他所領導(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)小組發(fa)現(xian)(xian)了(le)脈(mo)沖(chong)星(xing)(xing)。令人(ren)(ren)遺憾(han)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi),脈(mo)沖(chong)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)直接發(fa)現(xian)(xian)者,喬(qiao)斯(si)琳.貝爾(er)(er)小姐不(bu)(bu)在獲(huo)獎(jiang)人(ren)(ren)員之列。事(shi)實上,在脈(mo)沖(chong)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)現(xian)(xian)中,起(qi)關(guan)鍵作用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)該是(shi)貝爾(er)(er)小姐的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)嚴謹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)科學態度(du)和極度(du)細心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀測。

中學生發現脈沖星

從(cong)事天文(wen)研究的(de)(de)都是(shi)(shi)專業天文(wen)學(xue)家,他們有豐富的(de)(de)研究經驗,也有專業的(de)(de)研究設備,所以他們可(ke)以取得(de)驕人的(de)(de)成績。但是(shi)(shi),在脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)的(de)(de)發現歷史(shi)上(shang),卻(que)有著一(yi)個(ge)特別(bie)的(de)(de)例子(zi),這(zhe)個(ge)例子(zi)就是(shi)(shi)三名中學(xue)生發現了一(yi)顆(ke)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)。通(tong)常情況下,超(chao)新星(xing)爆發后,會在原來的(de)(de)遺(yi)址上(shang)留下來一(yi)顆(ke)恒星(xing)的(de)(de)殘(can)骸,這(zhe)樣(yang)的(de)(de)殘(can)骸很(hen)可(ke)能(neng)就是(shi)(shi)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing),但是(shi)(shi),科(ke)學(xue)家沒(mei)有注意到這(zhe)個(ge)問題,卻(que)讓三名中學(xue)生發現了。于是(shi)(shi),這(zhe)三個(ge)中學(xue)生獲得(de)了西(xi)門子(zi)-西(xi)屋科(ke)學(xue)和技術(shu)競賽(sai)大獎。

在美國北卡(ka)羅來納州,有三(san)名中(zhong)學生,他們都(dou)是(shi)(shi)天(tian)(tian)文(wen)(wen)發(fa)(fa)燒友,經(jing)常在一起(qi)探討天(tian)(tian)文(wen)(wen)問題(ti),錢德拉塞卡(ka)空(kong)間望遠鏡發(fa)(fa)回(hui)的(de)資料引起(qi)了(le)(le)他們的(de)興趣,他們發(fa)(fa)現在IC443的(de)超新(xin)星(xing)遺(yi)跡有些特別,似乎有一個(ge)點狀(zhuang)的(de)X射線源存在,這(zhe)表明那里很可(ke)能會有一顆脈(mo)沖星(xing)。他們把這(zhe)個(ge)消(xiao)息(xi)報告(gao)給了(le)(le)專(zhuan)(zhuan)(zhuan)業天(tian)(tian)文(wen)(wen)學家。結果,這(zhe)個(ge)發(fa)(fa)現獲得了(le)(le)專(zhuan)(zhuan)(zhuan)家的(de)認(ren)可(ke),麻省理工學院脈(mo)沖星(xing)專(zhuan)(zhuan)(zhuan)家布賴恩博士對這(zhe)些中(zhong)學生的(de)成(cheng)果評(ping)價(jia)說:“這(zhe)是(shi)(shi)一個(ge)實實在在的(de)科學發(fa)(fa)現。有關人員都(dou)應該(gai)對此成(cheng)就感到驕傲(ao)。”

脈沖星實在是一種(zhong)奇異(yi)的天體,人們對(dui)它(ta)的各種(zhong)特性還沒有(you)完全了(le)解,很多(duo)發現都是事(shi)先沒有(you)預料到(dao)的。隨著人們對(dui)它(ta)的了(le)解越來越多(duo),這方(fang)面的理論建設也(ye)就(jiu)會越來越完善,故(gu)事(shi)也(ye)許不會再(zai)發生。

那是(shi)(shi)1967年8月(yue),劍橋射(she)電(dian)天(tian)文臺(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)女研(yan)(yan)究生(sheng)(sheng)貝(bei)(bei)爾在(zai)紛亂的(de)(de)(de)(de)(de)記錄紙帶上察(cha)覺到一個(ge)(ge)奇(qi)怪的(de)(de)(de)(de)(de)“干擾”信號,經多次反(fan)復(fu)鉆研(yan)(yan),她成功地認證(zheng):地球每(mei)隔1.33秒接收到一個(ge)(ge)極其規則(ze)的(de)(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)。得知這(zhe)一驚人(ren)(ren)(ren)消息,她的(de)(de)(de)(de)(de)導師休(xiu)伊什(shen)曾懷疑這(zhe)可能(neng)是(shi)(shi)外星人(ren)(ren)(ren)——“小(xiao)綠人(ren)(ren)(ren)”——發(fa)(fa)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)摩爾斯(si)電(dian)碼,他們可能(neng)在(zai)向地球問(wen)候。但是(shi)(shi),進一步(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)測量(liang)表明(ming)(ming),這(zhe)個(ge)(ge)天(tian)體(ti)發(fa)(fa)出(chu)脈(mo)沖(chong)的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)精確得令(ling)人(ren)(ren)(ren)難以置信,并沒有(you)電(dian)碼的(de)(de)(de)(de)(de)明(ming)(ming)顯豐富信息。接下來,貝(bei)(bei)爾又找出(chu)了(le)(le)(le)另外3個(ge)(ge)類似(si)的(de)(de)(de)(de)(de)源,所以排(pai)除(chu)了(le)(le)(le)外星人(ren)(ren)(ren)信號,因為(wei)不(bu)可能(neng)有(you)三個(ge)(ge)“小(xiao)綠人(ren)(ren)(ren)”在(zai)不(bu)同(tong)方向、同(tong)時向地球發(fa)(fa)射(she)穩定(ding)頻(pin)率(lv)信號。再經過認真仔(zi)細研(yan)(yan)究,1968年2月(yue),貝(bei)(bei)爾和休(xiu)伊什(shen)聯(lian)名在(zai)英國《自(zi)然(ran)(ran)》雜志上報告了(le)(le)(le)新(xin)型天(tian)體(ti)——脈(mo)沖(chong)星的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)現,并認為(wei)脈(mo)沖(chong)星就是(shi)(shi)物理學家預言的(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)級(ji)致密(mi)(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)、接近(jin)黑洞的(de)(de)(de)(de)(de)奇(qi)異(yi)天(tian)體(ti),其半徑(jing)大(da)約10公里(li),其密(mi)(mi)度相(xiang)當(dang)于將整(zheng)個(ge)(ge)太(tai)陽(yang)壓縮(suo)到北(bei)京市區的(de)(de)(de)(de)(de)范圍(wei),因此(ci)具(ju)有(you)超(chao)強的(de)(de)(de)(de)(de)引(yin)力場。乒乓(pang)球大(da)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)星物質相(xiang)當(dang)于地球上一座(zuo)山的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)量(liang)。這(zhe)是(shi)(shi)20世(shi)紀激動人(ren)(ren)(ren)心的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)大(da)發(fa)(fa)現,為(wei)人(ren)(ren)(ren)類探索自(zi)然(ran)(ran)開辟了(le)(le)(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)領域(yu),而(er)且對(dui)現代(dai)物理學的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)產生(sheng)(sheng)了(le)(le)(le)深遠影響(xiang),成為(wei)上世(shi)紀60年代(dai)天(tian)文學的(de)(de)(de)(de)(de)四大(da)發(fa)(fa)現之一。

然(ran)而,榮譽出現(xian)(xian)了(le)歸屬爭議(yi)。1974年諾(nuo)貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)物理(li)學(xue)(xue)獎(jiang)(jiang)桂冠只(zhi)戴在導師休伊(yi)(yi)什的(de)(de)(de)頭(tou)上,完全忽略了(le)學(xue)(xue)生貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)的(de)(de)(de)貢(gong)獻,輿(yu)論(lun)一(yi)片(pian)嘩然(ran)。英國著(zhu)名天(tian)文學(xue)(xue)家霍伊(yi)(yi)爾(er)(er)(er)(er)爵士在倫敦《泰(tai)晤士報》發(fa)表談話,他認(ren)為(wei),貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)應同休伊(yi)(yi)什共享諾(nuo)貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)獎(jiang)(jiang),并對(dui)諾(nuo)貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)獎(jiang)(jiang)委員會授獎(jiang)(jiang)前的(de)(de)(de)調查工(gong)作欠周密提出了(le)批評(ping),甚至認(ren)為(wei)此事(shi)件是(shi)諾(nuo)貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)獎(jiang)(jiang)歷(li)史(shi)(shi)上一(yi)樁丑聞、性別歧視案(an)。霍伊(yi)(yi)爾(er)(er)(er)(er)還認(ren)為(wei),貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)的(de)(de)(de)發(fa)現(xian)(xian)是(shi)非常重(zhong)要的(de)(de)(de),但(dan)她(ta)(ta)的(de)(de)(de)導師竟把這一(yi)發(fa)現(xian)(xian)扣壓半年,從客觀上講就是(shi)一(yi)種盜竊。更有學(xue)(xue)者指出,“貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)小姐作出的(de)(de)(de)卓越發(fa)現(xian)(xian),讓她(ta)(ta)的(de)(de)(de)導師休伊(yi)(yi)什贏得了(le)諾(nuo)貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)物理(li)獎(jiang)(jiang)”。著(zhu)名天(tian)文學(xue)(xue)家曼徹斯(si)特和泰(tai)勒所著(zhu)《脈沖(chong)星》一(yi)書的(de)(de)(de)扉頁上寫道:“獻給喬瑟琳·貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er),沒(mei)有她(ta)(ta)的(de)(de)(de)聰明和執著(zhu),我們(men)不(bu)能獲得脈沖(chong)星的(de)(de)(de)喜悅。”。霍金(jin)在《時間(jian)簡史(shi)(shi)》一(yi)書中,也(ye)只(zhi)說脈沖(chong)星是(shi)貝(bei)(bei)(bei)(bei)爾(er)(er)(er)(er)發(fa)現(xian)(xian)的(de)(de)(de),不(bu)提休伊(yi)(yi)什。

關于脈(mo)(mo)沖(chong)星真正(zheng)發現者(zhe)的(de)(de)(de)爭論和對(dui)(dui)諾(nuo)(nuo)貝(bei)(bei)爾(er)(er)獎委(wei)員會的(de)(de)(de)質疑,已經歷(li)了40年(nian)(nian)(nian)。40年(nian)(nian)(nian)后(hou)的(de)(de)(de)今天,它再(zai)次成為關注話題。回首往事,作為導師的(de)(de)(de)休伊什獲得了諾(nuo)(nuo)貝(bei)(bei)爾(er)(er)獎,無可厚非,但貝(bei)(bei)爾(er)(er)失(shi)去殊(shu)榮,卻令人感到惋(wan)惜。如(ru)果沒有貝(bei)(bei)爾(er)(er)對(dui)(dui)“干擾”信(xin)號一絲不茍的(de)(de)(de)追究,他們(men)可能錯過脈(mo)(mo)沖(chong)星的(de)(de)(de)發現。若(ruo)把(ba)諾(nuo)(nuo)貝(bei)(bei)爾(er)(er)獎“競(jing)賽(sai)”比作科(ke)學“奧(ao)運(yun)會”,那么,40年(nian)(nian)(nian)前的(de)(de)(de)“裁判(pan)”們(men)顯然吹了“黑哨(shao)”,至(zhi)少是誤判(pan),這(zhe)玷污了諾(nuo)(nuo)貝(bei)(bei)爾(er)(er)獎的(de)(de)(de)科(ke)學公正(zheng)權威性。

貝爾(er)訪問北(bei)京期(qi)間,筆者與(yu)她(ta)(ta)談(tan)起脈(mo)沖(chong)星(xing)的(de)發(fa)(fa)現(xian)經(jing)(jing)歷和(he)對諾(nuo)貝爾(er)獎(jiang)的(de)看法,她(ta)(ta)說,脈(mo)沖(chong)星(xing)發(fa)(fa)現(xian)后不久,她(ta)(ta)就被迫離開了(le)(le)劍橋大學(xue)。沉默(mo)稍(shao)許,她(ta)(ta)直言(yan),上(shang)世(shi)(shi)紀(ji)60年(nian)代,科(ke)(ke)(ke)學(xue)機構普遍存在忽視學(xue)生(sheng)貢獻的(de)傾向,特別(bie)是女學(xue)生(sheng)。導師經(jing)(jing)常以“上(shang)級領(ling)導”自居,將學(xue)生(sheng)成(cheng)果竊(qie)為(wei)己有,然(ran)后想辦法把學(xue)生(sheng)一腳(jiao)踢開。然(ran)而,1993年(nian),兩位美國天文學(xue)家因發(fa)(fa)現(xian)脈(mo)沖(chong)星(xing)雙星(xing)而榮獲諾(nuo)貝爾(er)獎(jiang)時,諾(nuo)貝爾(er)獎(jiang)委員會(hui)格外精心,邀請貝爾(er)參加了(le)(le)頒獎(jiang)儀式,算(suan)是一種補償(chang)吧。1968年(nian),離開劍橋后,她(ta)(ta)和(he)休伊什沒有再合(he)作(zuo),直到上(shang)世(shi)(shi)紀(ji)80年(nian)代,他們(men)才(cai)在一次國際會(hui)議(yi)上(shang)相見,并握手言(yan)和(he)。脈(mo)沖(chong)星(xing)發(fa)(fa)現(xian)以來,除了(le)(le)諾(nuo)貝爾(er)獎(jiang),她(ta)(ta)榮獲了(le)(le)十幾項世(shi)(shi)界級科(ke)(ke)(ke)學(xue)獎(jiang),并成(cheng)為(wei)科(ke)(ke)(ke)學(xue)大使。

最愚蠢的一腳

就(jiu)在貝(bei)爾小(xiao)姐發(fa)現(xian)(xian)(xian)射電(dian)脈沖之前(qian),有(you)(you)位物理學(xue)家也把他的(de)射電(dian)望遠鏡對準了(le)太空,他觀測的(de)位置是獵戶座的(de)一(yi)個脈沖星(xing)(xing),他發(fa)現(xian)(xian)(xian)自(zi)動記(ji)錄儀在發(fa)生著(zhu)顫(zhan)(zhan)抖,這(zhe)種(zhong)顫(zhan)(zhan)抖是有(you)(you)一(yi)定規律可循(xun)的(de),但(dan)是他并沒有(you)(you)留意(yi)這(zhe)種(zhong)情況,他以為自(zi)己(ji)的(de)設(she)備出(chu)了(le)什么毛病(bing),于是,他對著(zhu)儀器輕(qing)輕(qing)地踢了(le)一(yi)腳(jiao),儀器的(de)顫(zhan)(zhan)抖消失了(le),他就(jiu)是這(zhe)樣與發(fa)現(xian)(xian)(xian)脈沖星(xing)(xing)的(de)桂冠擦肩(jian)而過(guo),與他一(yi)起擦肩(jian)而過(guo)的(de),還有(you)(you)一(yi)筆(bi)諾(nuo)貝(bei)爾獎金。

這最愚(yu)蠢(chun)的(de)一腳(jiao),使(shi)他(ta)終身(shen)難忘(wang),后悔不已。他(ta)向貝爾小姐講述了(le)自(zi)己(ji)的(de)故(gu)事(shi)。但他(ta)卻不愿意(yi)透露自(zi)己(ji)的(de)身(shen)份。所以直到(dao)今天(tian),也沒有人知道這位射電天(tian)文學家是(shi)誰。

搖擺舞

雖然脈(mo)沖(chong)星(xing)(xing)(xing)(xing)不(bu)是(shi)(shi)外(wai)星(xing)(xing)(xing)(xing)人發射(she)的(de)信號,但是(shi)(shi)人們依然對(dui)外(wai)星(xing)(xing)(xing)(xing)人極(ji)感興趣,人們認為(wei),如果有外(wai)星(xing)(xing)(xing)(xing)人的(de)話,他(ta)們應該在一顆(ke)行星(xing)(xing)(xing)(xing)上,于是(shi)(shi),尋找太陽(yang)(yang)系以外(wai)的(de)行星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)工作就(jiu)從來沒有停止過(guo),許多人在這條道路上艱難的(de)向前摸索著,他(ta)們被稱為(wei)獵星(xing)(xing)(xing)(xing)人。第(di)一個發現太陽(yang)(yang)系以外(wai)行星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)不(bu)是(shi)(shi)這些獵星(xing)(xing)(xing)(xing)人,而是(shi)(shi)一位研(yan)究脈(mo)沖(chong)星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)科學家(jia)。

安德魯·林(lin)(lin)恩(en)(也有(you)人(ren)譯(yi)作 萊(lai)恩(en))是全(quan)球發(fa)(fa)現(xian)(xian)脈沖(chong)(chong)(chong)星(xing)(xing)最多的(de)(de)(de)人(ren)。林(lin)(lin)恩(en)發(fa)(fa)現(xian)(xian)了一(yi)(yi)類奇怪的(de)(de)(de)脈沖(chong)(chong)(chong)星(xing)(xing),其脈沖(chong)(chong)(chong)總是會早到或晚到地球幾毫(hao)秒,這(zhe)種情(qing)況每(mei)半(ban)年(nian)就出現(xian)(xian)一(yi)(yi)次,仿(fang)佛是脈沖(chong)(chong)(chong)星(xing)(xing)一(yi)(yi)會兒(er)朝著(zhu)我們而(er)來,一(yi)(yi)會兒(er)又離開(kai)我們而(er)去,脈沖(chong)(chong)(chong)星(xing)(xing)好像(xiang)是在(zai)(zai)跳(tiao)搖擺舞(wu)。他把自己的(de)(de)(de)這(zhe)一(yi)(yi)發(fa)(fa)現(xian)(xian)發(fa)(fa)表(biao)在(zai)(zai)了著(zhu)名的(de)(de)(de)科學雜志《自然(ran)》上面,結果立即震驚了學術界。真是令(ling)人(ren)難(nan)以置信,林(lin)(lin)恩(en)在(zai)(zai)偶(ou)然(ran)間發(fa)(fa)現(xian)(xian)了脈沖(chong)(chong)(chong)星(xing)(xing)被行星(xing)(xing)引(yin)力牽引(yin)在(zai)(zai)跳(tiao)搖擺舞(wu),這(zhe)種搖擺的(de)(de)(de)證據表(biao)明(ming),在(zai)(zai)這(zhe)顆脈沖(chong)(chong)(chong)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)周(zhou)圍,有(you)行星(xing)(xing)圍繞著(zhu)它運(yun)行。這(zhe)個(ge)發(fa)(fa)現(xian)(xian)讓那些(xie)獵星(xing)(xing)人(ren)極感興趣(qu)。

就(jiu)在安德魯·林恩即將在美國天文學年會上發(fa)言前夕,為(wei)(wei)了(le)充分準(zhun)備(bei)他(ta)(ta)的研(yan)究資料,他(ta)(ta)開(kai)始重(zhong)新(xin)檢查并(bing)修正有關數據,但是這(zhe)個(ge)時候(hou),他(ta)(ta)卻突然(ran)發(fa)現自己犯(fan)了(le)一(yi)(yi)(yi)個(ge)錯誤(wu):他(ta)(ta)所(suo)發(fa)現的“搖擺”,其(qi)實只是地(di)球自身在環繞太陽運行過程中所(suo)產生的“搖擺”。由于電腦出錯,先前未(wei)能考慮(lv)到這(zhe)一(yi)(yi)(yi)因(yin)素(su),所(suo)以才出現了(le)脈沖(chong)星“搖擺”的錯誤(wu)結(jie)論(lun)。林恩一(yi)(yi)(yi)下子呆了(le),他(ta)(ta)開(kai)始為(wei)(wei)自己的愚蠢(chun)后(hou)悔不已,最后(hou),他(ta)(ta)終于作出了(le)痛苦(ku)的選擇,必須公開(kai)承認這(zhe)一(yi)(yi)(yi)重(zhong)大失誤(wu)。

在美國天文學年會上,面對500位正期待著與他分享成功喜悅的同行們,林恩認錯了,他說:“很不幸,這是一個錯誤。”但是,讓他沒有料到的是,500位聽眾竟然全體起立,為林恩的誠實熱烈鼓掌。也就是在這一(yi)(yi)天,也就是在這次會議上,還有另一(yi)(yi)個(ge)人(ren),也準備了相似的(de)發言,他(ta)也是一(yi)(yi)位脈沖星(xing)觀(guan)測者(zhe),他(ta)的(de)名字叫做亞歷克(ke)斯(si)·沃爾茲坎。

但與林恩不(bu)(bu)(bu)同的(de)是(shi)(shi)(shi),他的(de)證據(ju)確確實(shi)實(shi)地表明,有(you)一(yi)(yi)顆(ke)(ke)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)不(bu)(bu)(bu)僅(jin)(jin)只被一(yi)(yi)顆(ke)(ke)行星(xing)所環(huan)繞(rao),而是(shi)(shi)(shi)具(ju)有(you)一(yi)(yi)整套(tao)行星(xing)系統!發言之前,沃(wo)爾茲坎(kan)有(you)些(xie)忐(tan)忑(te)不(bu)(bu)(bu)安,因為林恩的(de)認錯(cuo)無疑更加強化了一(yi)(yi)種(zhong)根(gen)深蒂固的(de)觀念(nian);“脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)不(bu)(bu)(bu)可能(neng)有(you)行星(xing)環(huan)繞(rao)”。不(bu)(bu)(bu)過這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)(yi)次,事(shi)實(shi)證明沃(wo)爾茲坎(kan)是(shi)(shi)(shi)對的(de),他不(bu)(bu)(bu)僅(jin)(jin)發現(xian)了脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)的(de)“搖擺”,而且(qie)計(ji)算出(chu)有(you)3顆(ke)(ke)行星(xing)在圍繞(rao)這(zhe)(zhe)(zhe)顆(ke)(ke)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)運行,并且(qie)這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)行星(xing)每200天就相會(hui)(hui)一(yi)(yi)次,每一(yi)(yi)次其中兩顆(ke)(ke)較大的(de)行星(xing)都會(hui)(hui)相互影響對方,這(zhe)(zhe)(zhe)樣就使(shi)(shi)它(ta)們的(de)軌道發生一(yi)(yi)些(xie)微妙的(de)改(gai)變。正是(shi)(shi)(shi)這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)改(gai)變,使(shi)(shi)他發現(xian)了這(zhe)(zhe)(zhe)顆(ke)(ke)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)擁(yong)有(you)行星(xing)的(de)秘密(mi)。

脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)的(de)行星(xing)(xing)(xing)就是這(zhe)樣被發(fa)現(xian)了,而且它還是一個(ge)完整的(de)行星(xing)(xing)(xing)系統,但(dan)是這(zhe)個(ge)時候(hou),那些獵星(xing)(xing)(xing)人(ren)連一個(ge)太陽系以(yi)外的(de)行星(xing)(xing)(xing)也沒(mei)有找到(dao),這(zhe)樣的(de)發(fa)現(xian)讓獵星(xing)(xing)(xing)人(ren)感到(dao)十分(fen)困惑,因為脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)具有行星(xing)(xing)(xing),這(zhe)是天文(wen)學家過去沒(mei)有想到(dao)的(de)。脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)是爆發(fa)過的(de)中子星(xing)(xing)(xing),他怎(zen)么可能會有行星(xing)(xing)(xing)呢?

第(di)一個日外(wai)(wai)行星系統就是這(zhe)樣(yang)被(bei)發現了,由于它不符合(he)現代的天(tian)文學理(li)論,這(zhe)個發現總是讓人感到有些意外(wai)(wai)。

脈沖雙星

脈(mo)沖(chong)星擁有(you)行(xing)星的(de)發現(xian)雖然看起來顯得意(yi)外(wai),在這方面(mian)還有(you)更加(jia)意(yi)外(wai)的(de)發現(xian),那就是脈(mo)沖(chong)雙星。

赫(he)爾(er)斯是(shi)個(ge)(ge)研(yan)究(jiu)生,他被當(dang)作泰(tai)勒的(de)(de)助手派(pai)往(wang)波多黎(li)各(ge)的(de)(de)阿雷(lei)西博(bo)(bo),用大射電(dian)(dian)望遠鏡(jing)(jing)(jing)觀測(ce)脈沖星(xing)(xing),那是(shi)當(dang)時最好的(de)(de)射電(dian)(dian)望遠鏡(jing)(jing)(jing),也許(xu)正(zheng)是(shi)使用了(le)(le)這(zhe)個(ge)(ge)望遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)原因(yin),他發現(xian)了(le)(le)一種奇怪(guai)的(de)(de)電(dian)(dian)波,這(zhe)個(ge)(ge)時候距(ju)(ju)離第一顆脈沖星(xing)(xing)的(de)(de)發現(xian)僅僅過了(le)(le)七年,人們對脈沖星(xing)(xing)的(de)(de)了(le)(le)解還很膚淺,當(dang)時赫(he)爾(er)斯還不(bu)能立(li)刻確(que)(que)信他所看到的(de)(de)周(zhou)(zhou)期(qi)變化就是(shi)事實(shi),經過反(fan)復觀測(ce)后(hou),他才確(que)(que)定該(gai)系統是(shi)雙(shuang)體。他把這(zhe)個(ge)(ge)消息電(dian)(dian)告泰(tai)勒,泰(tai)勒立(li)刻趕往(wang)阿雷(lei)西博(bo)(bo),他們進(jin)一步(bu)研(yan)究(jiu)后(hou)認(ren)為(wei)這(zhe)是(shi)一個(ge)(ge)脈沖雙(shuang)星(xing)(xing),并且一起(qi)確(que)(que)定了(le)(le)雙(shuang)星(xing)(xing)的(de)(de)周(zhou)(zhou)期(qi)和兩顆天體之間的(de)(de)距(ju)(ju)離。

于是,第一顆脈(mo)沖雙星就(jiu)是這樣被(bei)發(fa)現了,這個發(fa)現在1993年(nian)被(bei)授予諾(nuo)(nuo)貝(bei)(bei)爾(er)獎,這樣有關脈(mo)沖星的發(fa)現就(jiu)有了兩項諾(nuo)(nuo)貝(bei)(bei)爾(er)獎。

雙脈沖星

2003年(nian)12月,Nature上的一篇研究報告宣布發(fa)(fa)現了脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)PSR J0737-3039,與看(kan)起來像是一顆中子(zi)(zi)星(xing)(xing)的恒星(xing)(xing)成對出現。一個月后,當來自澳大利亞(ya)Parkes天(tian)文(wen)望遠鏡(jing)的數據被重(zhong)新分析時,研究人員(yuan)發(fa)(fa)現該中子(zi)(zi)星(xing)(xing)實際上也是另一顆脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)。所(suo)以這是第一個被發(fa)(fa)現的雙脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)體系,名稱(cheng)是PSR J0737-3039 A/B。

脈沖(chong)雙星(xing)與雙脈沖(chong)星(xing)

脈(mo)沖(chong)(chong)雙(shuang)(shuang)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)與(yu)雙(shuang)(shuang)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)是(shi)(shi)有(you)區別的。在脈(mo)沖(chong)(chong)雙(shuang)(shuang)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)系統中(zhong)(zhong),一個(ge)(ge)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)與(yu)另(ling)外一個(ge)(ge)非脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(可以是(shi)(shi)中(zhong)(zhong)子星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、白矮星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、甚(shen)至是(shi)(shi)普通的主序星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing))相伴。在雙(shuang)(shuang)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)系統中(zhong)(zhong),必須(xu)是(shi)(shi)兩個(ge)(ge)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)相伴。已經發現(xian)的脈(mo)沖(chong)(chong)雙(shuang)(shuang)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)系統已經有(you)120個(ge)(ge),而(er)發現(xian)的雙(shuang)(shuang)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)系統只有(you)一個(ge)(ge)PSRJ0737-3039A/B。

研究意義

由于脈沖星(xing)是在蹋縮的(de)(de)超新(xin)星(xing)的(de)(de)殘(can)骸(hai)中發(fa)現的(de)(de),它們(men)有助于我(wo)們(men)了(le)解星(xing)體蹋縮時發(fa)生(sheng)了(le)什么情況(kuang)。還可通(tong)過對它們(men)的(de)(de)研究(jiu)揭(jie)示宇宙誕生(sheng)和演變的(de)(de)奧秘。而且,隨(sui)著時間的(de)(de)推移(yi),脈沖星(xing)的(de)(de)行為方(fang)式也會發(fa)生(sheng)多(duo)種(zhong)多(duo)樣的(de)(de)變化。

每(mei)顆(ke)脈沖(chong)星的周(zhou)期并(bing)非恒定如(ru)一。我(wo)們(men)(men)能探測到的是中(zhong)子(zi)星的旋(xuan)(xuan)轉能(電磁輻射(she)的來源)。每(mei)當(dang)脈沖(chong)星發(fa)射(she)電磁輻射(she)后(hou),它就會失去一部分旋(xuan)(xuan)轉能,且轉速下(xia)降。通過(guo)(guo)月(yue)復一月(yue),年(nian)復一年(nian)地(di)測量它們(men)(men)的旋(xuan)(xuan)轉周(zhou)期,我(wo)們(men)(men)可以精(jing)確(que)地(di)推斷(duan)出它們(men)(men)的轉速降低了(le)多少、在演變過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)能量損失了(le)多少,甚至還(huan)能夠推斷(duan)出在因轉速太低而無(wu)法發(fa)光(guang)之前,它們(men)(men)還(huan)能生存(cun)多長時(shi)間。

事實還證明,每顆脈(mo)沖星(xing)都(dou)有(you)與眾不同之處。有(you)些亮(liang)度極高;有(you)些會發生(sheng)星(xing)震(zhen),頃刻(ke)間使轉(zhuan)速陡增;有(you)些在雙星(xing)軌道上有(you)伴星(xing);還有(you)數十顆脈(mo)沖星(xing)轉(zhuan)速奇(qi)快(高達每秒鐘一千(qian)次)。每次新(xin)發現都(dou)會帶(dai)來一些新(xin)的、珍奇(qi)的資料(liao),科學家(jia)可以利用這(zhe)些資料(liao)幫助我們了(le)解宇宙。

發現者

喬斯林·貝爾·博內爾與1974年諾貝爾物(wu)理學(xue)獎無緣

博(bo)內(nei)爾(er)(er)是安東尼(ni)·休伊(yi)(yi)什(Antony Hewish)的研究生(sheng),正是她首次發現了(le)(le)脈(mo)沖星。1968年,她和休伊(yi)(yi)什聯(lian)名在(zai)《自(zi)然》雜志上公布了(le)(le)這一發現。1973年,她們又共同(tong)得到了(le)(le)美國富蘭克林(lin)管理(li)研究院頒發的邁(mai)克爾(er)(er)遜獎章。遺憾的是,就在(zai)1974年,當諾貝爾(er)(er)獎第一次授予天(tian)文學家時(shi),博(bo)內(nei)爾(er)(er)的導師(shi)休伊(yi)(yi)什以及同(tong)事馬丁(ding)·賴(lai)爾(er)(er)都榜上有(you)名,但(dan)(dan)她自(zi)己卻被(bei)拒在(zai)諾貝爾(er)(er)的殿堂之外。許(xu)多(duo)(duo)天(tian)文學家對(dui)此表示(shi)了(le)(le)憤怒(nu),但(dan)(dan)也(ye)有(you)人認為博(bo)內(nei)爾(er)(er)僅僅是做了(le)(le)收集數據的工作,而休伊(yi)(yi)什對(dui)數據的解(jie)釋才是關鍵。博(bo)內(nei)爾(er)(er)從(cong)來沒有(you)去爭論自(zi)己的落選,但(dan)(dan)絕大多(duo)(duo)數的報告(gao)都顯示(shi),她所(suo)做的絕非僅僅是進行早期(qi)的觀察(cha)。

近乎瘋狂星球

據(ju)國外媒體報道,美國宇航局消息,錢(qian)德(de)拉X射線望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)正在(zai)跟蹤一個(ge)快速(su)移(yi)動的(de)脈沖星(xing),科學家(jia)(jia)之所以對(dui)其感興趣,主要原因在(zai)于這顆(ke)脈沖星(xing)運行的(de)速(su)度非(fei)常(chang)快,甚(shen)至在(zai)與伴星(xing)構成(cheng)的(de)物(wu)(wu)質(zhi)盤上撞(zhuang)出了(le)一個(ge)大洞,同時導致物(wu)(wu)質(zhi)盤上的(de)某(mou)塊碎片以每小時400萬英(ying)里(約每小時640萬公(gong)里)的(de)速(su)度脫離系統(tong)。在(zai)錢(qian)德(de)拉X射線望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)觀測(ce)期(qi)間,這塊被分離的(de)物(wu)(wu)質(zhi)似乎加快了(le)速(su)度,NASA科學家(jia)(jia)認為這是一次難(nan)得的(de)觀測(ce)機(ji)會,可研究脈沖星(xing)雙星(xing)系統(tong)的(de)行為。

這(zhe)個雙星(xing)系(xi)統(tong)由一(yi)顆脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)和一(yi)顆質量為30倍太陽質量的(de)(de)恒星(xing)構成,是(shi)典型的(de)(de)大質量恒星(xing)與脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)的(de)(de)系(xi)統(tong),被(bei)命(ming)名為PSR B1259-63/LS 2883,簡稱B1259。脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)可發出非常規律的(de)(de)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)信號,每秒旋轉20次,同時有(you)一(yi)個高橢圓(yuan)軌道運動(dong),快速(su)旋轉脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)的(de)(de)強大磁場與高能粒子結合后(hou)可形成接近光速(su)的(de)(de)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)風(feng)。來(lai)自賓夕法尼(ni)亞州立(li)大學的(de)(de)科(ke)學家喬(qiao)治-帕夫洛夫認為,我們目睹了一(yi)些(xie)特別(bie)的(de)(de)東西,當脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)快速(su)移動(dong)時,將系(xi)統(tong)物質盤的(de)(de)材(cai)料踢(ti)出。

大約(yue)每(mei)41個(ge)(ge)月,脈(mo)沖星會非常接近這顆大質(zhi)量(liang)(liang)恒星,并穿過恒星周圍的(de)(de)物質(zhi)盤,于(yu)是(shi)拆解(jie)這個(ge)(ge)物質(zhi)盤的(de)(de)行(xing)動(dong)由此開始。整個(ge)(ge)物質(zhi)盤的(de)(de)體積(ji)相當(dang)于(yu)太陽(yang)系(xi)的(de)(de)100倍,跨度(du)非常大,但也相當(dang)薄,如(ru)果將這些物質(zhi)做個(ge)(ge)等量(liang)(liang)類比,大約(yue)與地球海洋所有(you)的(de)(de)水相當(dang)。喬(qiao)治-華(hua)盛頓大學的(de)(de)另(ling)一(yi)位科學家奧列格是(shi)本論文的(de)(de)合著(zhu)者(zhe),他(ta)認(ren)為脈(mo)沖星風正在加快,仿佛有(you)個(ge)(ge)加速(su)的(de)(de)推(tui)力作用于(yu)此。

B1259系(xi)統距離我(wo)們大(da)約7500光年(nian),錢(qian)德拉X射線望(wang)遠鏡在(zai)2011年(nian)12月(yue)和2014年(nian)2月(yue)已經(jing)對其進(jin)行(xing)了觀(guan)測(ce),物(wu)(wu)質飛(fei)離系(xi)統的(de)平均(jun)速(su)度(du)接近光速(su)7%,目前已經(jing)增加(jia)到光速(su)的(de)15%。顯然脈沖(chong)星的(de)強大(da)風(feng)暴讓物(wu)(wu)質的(de)速(su)度(du)增加(jia),最終伴星周圍的(de)物(wu)(wu)質盤會被整個剝(bo)離。在(zai)錢(qian)德拉X射線的(de)觀(guan)測(ce)計劃中(zhong)還將(jiang)繼(ji)續對B1259系(xi)統進(jin)行(xing)觀(guan)測(ce),本項研究發(fa)表在(zai)2015年(nian)6月(yue)20日的(de)《天體物(wu)(wu)理學》雜志上。

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11月(yue)10日(ri)7時42分,我國在(zai)酒泉衛星發(fa)射中心(xin)用(yong)長征十一號運載火箭,成(cheng)功發(fa)射了脈(mo)沖星試驗衛星。該星主要用(yong)于驗證(zheng)脈(mo)沖星探測器性能指(zhi)標和(he)空間環(huan)境適應(ying)性,積累在(zai)軌試驗數(shu)據,為脈(mo)沖星探測體制驗證(zheng)奠定(ding)技術(shu)基(ji)礎。脈(mo)沖星被(bei)稱(cheng)作(zuo)宇宙(zhou)中的(de)燈塔,它(ta)們特(te)征明顯、易于辨識,在(zai)宇宙(zhou)中的(de)定(ding)位位置比較(jiao)精準(zhun)。

脈沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)試驗(yan)(yan)(yan)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)屬于(yu)太陽同步軌(gui)道(dao)衛(wei)星(xing)(xing)(xing),衛(wei)星(xing)(xing)(xing)入(ru)軌(gui)后,將開(kai)展在軌(gui)技(ji)術(shu)試驗(yan)(yan)(yan),驗(yan)(yan)(yan)證星(xing)(xing)(xing)載脈沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)探(tan)測器(qi)性能(neng)指標和空間環境適應性,積累在軌(gui)實測脈沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)數據,為(wei)脈沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(xing)探(tan)測及技(ji)術(shu)體制(zhi)驗(yan)(yan)(yan)證奠(dian)定技(ji)術(shu)基(ji)礎。

脈沖星和快速射(she)電暴距離(li)研究獲進展

天文(wen)研究中(zhong),測(ce)量(liang)天體到(dao)地球的(de)距(ju)離通常很困難,但距(ju)離是最(zui)基本的(de)參數(shu)。脈(mo)沖(chong)星距(ju)離是進一(yi)(yi)步(bu)研究脈(mo)沖(chong)星起(qi)(qi)源、演化(hua)、分(fen)布(bu)以及(ji)輻(fu)射(she)(she)特(te)性等(deng)所需最(zui)基本的(de)參數(shu)。目(mu)前(qian)已(yi)(yi)發現的(de)兩千多顆脈(mo)沖(chong)星中(zhong)僅約有十分(fen)之一(yi)(yi)的(de)脈(mo)沖(chong)星具有測(ce)量(liang)距(ju)離(不(bu)依賴于(yu)模型的(de)距(ju)離)。近(jin)年來,快(kuai)速射(she)(she)電暴是天文(wen)觀測(ce)中(zhong)發現的(de)一(yi)(yi)類起(qi)(qi)源未知(zhi)的(de)、色散量(liang)較大(da)的(de)、持續時間為毫秒級的(de)射(she)(she)電脈(mo)沖(chong)。快(kuai)速射(she)(she)電暴的(de)距(ju)離對分(fen)析(xi)其(qi)起(qi)(qi)源以及(ji)與銀河(he)系的(de)位置關(guan)系(河(he)內源或河(he)外源)非常重(zhong)要(yao)。已(yi)(yi)探測(ce)到(dao)的(de)17個(ge)快(kuai)速射(she)(she)電暴中(zhong)有紅移測(ce)量(liang)的(de)僅為兩個(ge)。

脈沖(chong)(chong)星(xing)(xing)發現不(bu)久,科學家(jia)發現使用(yong)脈沖(chong)(chong)星(xing)(xing)測量距離以及色(se)散量(DM)可構建(jian)銀(yin)河(he)系(xi)的(de)電子(zi)密度(du)模(mo)型(xing)(xing)。應用(yong)此模(mo)型(xing)(xing)可估測所有(you)具有(you)色(se)散量測量的(de)銀(yin)河(he)系(xi)內(nei)脈沖(chong)(chong)星(xing)(xing)的(de)距離,且模(mo)型(xing)(xing)距離的(de)精度(du)極大依賴于已知距離測量的(de)脈沖(chong)(chong)星(xing)(xing)數目(mu)、準(zhun)確(que)度(du)。最近的(de)銀(yin)河(he)系(xi)電子(zi)密度(du)模(mo)型(xing)(xing)是NE2001模(mo)型(xing)(xing),此模(mo)型(xing)(xing)主要描述了銀(yin)河(he)系(xi)內(nei)自由電子(zi)密度(du)的(de)分(fen)布。

近期,中國科(ke)學院新(xin)疆(jiang)天文臺(tai)博士生姚菊枚構(gou)建了(le)新(xin)的電(dian)子(zi)(zi)密(mi)(mi)度(du)模(mo)型(簡稱(cheng)YMW16)。相(xiang)對(dui)已(yi)有模(mo)型,通過近十多年(nian)觀測,YMW16具備以下有利(li)條件(jian):一、具有測量距離(li)的脈沖星數(shu)目增加了(le)一倍,且(qie)銀河系(xi)結構(gou)參數(shu)精度(du)提(ti)高;二(er)、麥(mai)哲(zhe)倫(lun)云(yun)脈沖星數(shu)目增加,對(dui)麥(mai)哲(zhe)倫(lun)云(yun)結構(gou)認(ren)識(shi)得到提(ti)高;三、發現快速(su)射(she)(she)電(dian)暴,研究(jiu)了(le)星系(xi)際介質自(zi)由電(dian)子(zi)(zi)密(mi)(mi)度(du)的分布。研究(jiu)人員緊(jin)抓時機,提(ti)出(chu)的YMW16不僅提(ti)高了(le)銀河系(xi)脈沖星模(mo)型距離(li)精度(du),在95%的置信區間(jian)范圍(wei)內優(you)于(yu)NE2001近40%,且(qie)是第一個可(ke)用于(yu)估測麥(mai)哲(zhe)倫(lun)云(yun)脈沖星及快速(su)射(she)(she)電(dian)暴距離(li)的模(mo)型。姚菊玫在澳大(da)利(li)亞天文臺(tai)教授R. N. Manchester與導(dao)師王娜的指導(dao)下,完成這項(xiang)工作(zuo)。相(xiang)關研究(jiu)成果(guo)已(yi)發表(biao)在《天體物理學雜志》(The Astrophysical Journal,2017, 835, 29)上。

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