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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。
詳(xiang)細介紹(shao) PROFILE +

定義

脈沖(chong)(chong)星(xing)(Pulsar),又稱波霎,是中(zhong)子星(xing)的(de)一種,為會周期性發射脈沖(chong)(chong)信號的(de)星(xing)體,直(zhi)徑大多為10千米左右,自轉極(ji)快。

人(ren)(ren)(ren)們最(zui)早認為恒星(xing)是永遠不(bu)變(bian)的(de)(de)。而(er)大多數恒星(xing)的(de)(de)變(bian)化過程是如此的(de)(de)漫(man)長(chang),人(ren)(ren)(ren)們也根本覺(jue)察不(bu)到。然而(er),并不(bu)是所有的(de)(de)恒星(xing)都那么平靜。后來人(ren)(ren)(ren)們發現,有些恒星(xing)也很“調皮”,變(bian)化多端。于(yu)是,就給那些喜歡變(bian)化的(de)(de)恒星(xing)起了個專(zhuan)門的(de)(de)名字,叫(jiao)“變(bian)星(xing)”。

脈(mo)(mo)沖星發射的射電(dian)脈(mo)(mo)沖的周期性(xing)非(fei)常有規律。一開始,人(ren)們對此很困(kun)惑(huo),甚至曾(ceng)想到這(zhe)可能是外星人(ren)在向我們發電(dian)報聯系。據說,第一顆脈(mo)(mo)沖星就曾(ceng)被叫做“小綠人(ren)一號”。

經過(guo)幾位天(tian)文學家一年的(de)(de)努力,終于證實,脈沖(chong)星(xing)就(jiu)是正(zheng)在快(kuai)速自(zi)轉的(de)(de)中(zhong)子星(xing)。而(er)且,正(zheng)是由于它的(de)(de)快(kuai)速自(zi)轉而(er)發出射電脈沖(chong)。蟹狀星(xing)云(yun)脈沖(chong)星(xing)的(de)(de)X射線/可見光波段合成圖像。

正如(ru)地球(qiu)(qiu)(qiu)有磁(ci)(ci)場(chang)(chang)一(yi)樣(yang),恒(heng)(heng)星(xing)也有磁(ci)(ci)場(chang)(chang);也正如(ru)地球(qiu)(qiu)(qiu)在(zai)自(zi)(zi)轉一(yi)樣(yang),恒(heng)(heng)星(xing)也都(dou)在(zai)自(zi)(zi)轉著;還跟(gen)地球(qiu)(qiu)(qiu)一(yi)樣(yang),恒(heng)(heng)星(xing)的磁(ci)(ci)場(chang)(chang)方向不一(yi)定跟(gen)自(zi)(zi)轉軸(zhou)在(zai)同一(yi)直線上。這樣(yang),每當恒(heng)(heng)星(xing)自(zi)(zi)轉一(yi)周,它(ta)的磁(ci)(ci)場(chang)(chang)就會(hui)在(zai)空間劃(hua)一(yi)個圓,而且可能掃過地球(qiu)(qiu)(qiu)一(yi)次(ci)。

那(nei)(nei)么(me)豈不是(shi)所有恒星(xing)都能發脈沖了?其實(shi)不然(ran),要(yao)發出像脈沖星(xing)那(nei)(nei)樣的(de)射電信號(hao),需要(yao)很強(qiang)的(de)磁(ci)場。而(er)只有體積越小、質量越大的(de)恒星(xing),它的(de)磁(ci)場才(cai)越強(qiang)。而(er)中子星(xing)正(zheng)是(shi)這樣高密度的(de)恒星(xing)。

另一(yi)方(fang)面,當(dang)恒星體(ti)積(ji)越(yue)大、質量(liang)越(yue)大,它的自(zi)轉(zhuan)周期就越(yue)短。我們很(hen)熟悉的地(di)球自(zi)轉(zhuan)一(yi)周要(yao)二十四(si)小時。而脈沖星的自(zi)轉(zhuan)周期竟然小到0.0014秒!要(yao)達(da)到這(zhe)個(ge)速度,連白(bai)矮星都不(bu)行(xing)。這(zhe)同樣說明,只(zhi)有高速旋轉(zhuan)的中子(zi)星,才(cai)可能扮演脈沖星的角(jiao)色。

特性

脈沖(chong)星發射(she)射(she)電脈沖(chong)

這(zhe)個(ge)結論引(yin)起了(le)(le)巨大的(de)轟(hong)動。因為雖然早在(zai)30年代,中子(zi)(zi)星(xing)(xing)就作為假說(shuo)而(er)被提了(le)(le)出來,但是(shi)一直沒有得(de)到證實,人(ren)們也不(bu)曾觀(guan)測到中子(zi)(zi)星(xing)(xing)的(de)存在(zai)。而(er)且因為理論預言(yan)的(de)中子(zi)(zi)星(xing)(xing)密度(du)大得(de)超出了(le)(le)人(ren)們的(de)想象,在(zai)當時,人(ren)們還普遍對(dui)這(zhe)個(ge)假說(shuo)抱懷疑的(de)態度(du)。

直(zhi)到(dao)脈沖星被發(fa)現后,經(jing)過計算(suan),它的(de)脈沖強度(du)和(he)頻率只有(you)像中(zhong)子(zi)星那樣體積(ji)小、密度(du)大、質量大的(de)星體才能達(da)到(dao)。這樣,中(zhong)子(zi)星才真正(zheng)由假說(shuo)成為事(shi)實。這真是上世紀天(tian)文學(xue)(xue)上的(de)一件(jian)大事(shi)。因此,脈沖星的(de)發(fa)現,被稱(cheng)為二(er)十(shi)世紀六十(shi)年代的(de)四大天(tian)文學(xue)(xue)重要發(fa)現之一。

脈沖星是20世(shi)紀60年代天文的四大發(fa)現之一。至今,脈沖星已(yi)被我們找到(dao)了不(bu)少于1620多顆,并(bing)且已(yi)得知它們就是高速自(zi)轉著的中子星。

脈(mo)沖(chong)(chong)星有(you)個奇異(yi)的(de)(de)(de)(de)特性——短而穩(wen)定的(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)(chong)周期。所謂脈(mo)沖(chong)(chong)就是像人(ren)的(de)(de)(de)(de)脈(mo)搏一樣(yang),一下一下出現短促的(de)(de)(de)(de)無(wu)線(xian)電(dian)訊號(hao)(hao),如貝爾(er)發現的(de)(de)(de)(de)第一顆(ke)脈(mo)沖(chong)(chong)星,每(mei)兩(liang)脈(mo)沖(chong)(chong)間隔時(shi)間是1.337秒,其他脈(mo)沖(chong)(chong)還有(you)短到(dao)0.0014秒(編號(hao)(hao)為PSR-J1748-2446)的(de)(de)(de)(de),最長(chang)的(de)(de)(de)(de)也不過11.765735秒(編號(hao)(hao)為PSR-J1841-0456)。那么,這(zhe)樣(yang)有(you)規則的(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)(chong)究(jiu)竟是怎樣(yang)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)呢?

天文學(xue)家(jia)已經探測、研(yan)究得(de)出結(jie)論,脈(mo)(mo)(mo)沖的(de)(de)形(xing)(xing)成是(shi)由于脈(mo)(mo)(mo)沖星的(de)(de)高速自(zi)轉。那為什么自(zi)轉能(neng)形(xing)(xing)成脈(mo)(mo)(mo)沖呢?原理就(jiu)像我(wo)們(men)乘坐輪船在海(hai)里航(hang)行,看(kan)到過的(de)(de)燈(deng)塔(ta)一(yi)(yi)樣。設想一(yi)(yi)座燈(deng)塔(ta)總是(shi)亮著且在不停地有規則運動,燈(deng)塔(ta)每(mei)轉一(yi)(yi)圈,由它窗(chuang)口射(she)出的(de)(de)燈(deng)光就(jiu)射(she)到我(wo)們(men)的(de)(de)船上一(yi)(yi)次。不斷旋轉,在我(wo)們(men)看(kan)來(lai),燈(deng)塔(ta)的(de)(de)光就(jiu)連續地一(yi)(yi)明一(yi)(yi)滅(mie)。脈(mo)(mo)(mo)沖星也(ye)是(shi)一(yi)(yi)樣,當它每(mei)自(zi)轉一(yi)(yi)周(zhou),我(wo)們(men)就(jiu)接收到一(yi)(yi)次它輻(fu)射(she)的(de)(de)電磁(ci)波,于是(shi)就(jiu)形(xing)(xing)成一(yi)(yi)斷一(yi)(yi)續的(de)(de)脈(mo)(mo)(mo)沖。脈(mo)(mo)(mo)沖這(zhe)種現象,也(ye)就(jiu)叫“燈(deng)塔(ta)效應(ying)”。脈(mo)(mo)(mo)沖的(de)(de)周(zhou)期其(qi)實就(jiu)是(shi)脈(mo)(mo)(mo)沖星的(de)(de)自(zi)轉周(zhou)期。

然而(er)燈(deng)塔的(de)光(guang)只(zhi)能(neng)從窗口(kou)射(she)(she)出來(lai),是(shi)(shi)不(bu)(bu)是(shi)(shi)說脈(mo)沖星(xing)(xing)(xing)也只(zhi)能(neng)從某個“窗口(kou)”射(she)(she)出來(lai)呢(ni)?正是(shi)(shi)這(zhe)樣(yang)(yang),脈(mo)沖星(xing)(xing)(xing)就(jiu)是(shi)(shi)中(zhong)子(zi)(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing),而(er)中(zhong)子(zi)(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing)與其他(ta)星(xing)(xing)(xing)體(如太(tai)陽)發(fa)光(guang)不(bu)(bu)一樣(yang)(yang),太(tai)陽表(biao)(biao)面到處(chu)發(fa)亮(liang),中(zhong)子(zi)(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing)則只(zhi)有兩(liang)個相對著(zhu)的(de)小區域才(cai)能(neng)輻(fu)射(she)(she)出來(lai),其他(ta)地方輻(fu)射(she)(she)是(shi)(shi)跑(pao)不(bu)(bu)出來(lai)的(de)。即是(shi)(shi)說中(zhong)子(zi)(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing)表(biao)(biao)面只(zhi)有兩(liang)個亮(liang)斑,別處(chu)都(dou)是(shi)(shi)暗(an)的(de)。這(zhe)是(shi)(shi)什么原因(yin)呢(ni)?原來(lai),中(zhong)子(zi)(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing)本身存(cun)在(zai)著(zhu)極(ji)(ji)大的(de)磁(ci)(ci)場,強磁(ci)(ci)場把輻(fu)射(she)(she)封閉起來(lai),使(shi)中(zhong)子(zi)(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing)輻(fu)射(she)(she)只(zhi)能(neng)沿(yan)著(zhu)磁(ci)(ci)軸方向,從兩(liang)個磁(ci)(ci)極(ji)(ji)區出來(lai),這(zhe)兩(liang)磁(ci)(ci)極(ji)(ji)區就(jiu)是(shi)(shi)中(zhong)子(zi)(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing)的(de)“窗口(kou)”。

中子星的(de)(de)輻射(she)從(cong)兩個(ge)(ge)“窗口”出(chu)來后(hou),在空中傳播(bo),形(xing)成兩個(ge)(ge)圓錐形(xing)的(de)(de)輻射(she)束(shu)。若地球(qiu)(qiu)剛好在這(zhe)(zhe)束(shu)輻射(she)的(de)(de)方向上,我(wo)們就能(neng)接收到輻射(she),且(qie)每轉一(yi)圈,這(zhe)(zhe)束(shu)輻射(she)就掃(sao)過地球(qiu)(qiu)一(yi)次,也就形(xing)成我(wo)們接收到的(de)(de)有(you)規(gui)則的(de)(de)脈沖信號(hao)。

燈(deng)塔模型是現(xian)在最為流行的脈沖星模型。另一(yi)種磁場震蕩模型還(huan)沒(mei)有(you)被普遍接受。

脈沖星(xing)(xing)(xing)是高(gao)速(su)自轉的中(zhong)子(zi)星(xing)(xing)(xing),但并不是所(suo)有的中(zhong)子(zi)星(xing)(xing)(xing)都是脈沖星(xing)(xing)(xing)。因為當中(zhong)子(zi)星(xing)(xing)(xing)的輻射束不掃過(guo)地(di)球時(shi),我們就接收不到脈沖信號,此時(shi)中(zhong)子(zi)星(xing)(xing)(xing)就不表現為脈沖星(xing)(xing)(xing)了。

脈(mo)(mo)沖星(xing)(xing)的一般符號是PSR。例如,第一個脈(mo)(mo)沖星(xing)(xing)就(jiu)記為PSR1919+21。1919表(biao)示這個脈(mo)(mo)沖星(xing)(xing)的赤經是19小時19分;+21表(biao)示脈(mo)(mo)沖星(xing)(xing)的赤緯是北緯21度。

雙脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)PSRJ0737-3039A/B的(de)(de)(de)(de)發(fa)現,讓人們欣喜若狂(kuang)。它(ta)是由兩個(ge)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)形成的(de)(de)(de)(de)雙星(xing)系(xi)統。能夠發(fa)現雙脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)系(xi)統,確(que)實是非常幸運的(de)(de)(de)(de)事情(qing)。對PSRJ0737-3039A進行計算以后(hou),科學家(jia)預言它(ta)的(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)(chong)輪(lun)廓形狀(zhuang)會發(fa)生(sheng)(sheng)較快的(de)(de)(de)(de)演化,甚至預言在2020年(nian)左右,它(ta)的(de)(de)(de)(de)光(guang)束會由于(yu)軸線(xian)(xian)進動而從我(wo)們的(de)(de)(de)(de)視線(xian)(xian)中消失,但(dan)是,仔細的(de)(de)(de)(de)觀測(ce)結果顯示,預期(qi)的(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)(chong)輪(lun)廓形狀(zhuang)根本(ben)就沒有發(fa)生(sheng)(sheng)變化,這對科學家(jia)的(de)(de)(de)(de)打擊可是不小。預言的(de)(de)(de)(de)失敗讓我(wo)們感(gan)到,脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)的(de)(de)(de)(de)燈(deng)塔模型似(si)乎存(cun)在著問(wen)題。

脈沖原因

盡(jin)管(guan)還沒有(you)十分有(you)力(li)的(de)證據,但是(shi)全(quan)世界的(de)脈沖(chong)(chong)星專(zhuan)家(jia)都相信,脈沖(chong)(chong)星并非或(huo)明或(huo)暗地(di)閃爍發(fa)(fa)光(guang),而是(shi)發(fa)(fa)射(she)出恒定(ding)的(de)能量(liang)流。只是(shi)這一(yi)(yi)(yi)能量(liang)就像手電(dian)筒的(de)光(guang)線那樣匯聚(ju)成一(yi)(yi)(yi)束(shu)(shu)非常(chang)窄的(de)光(guang)束(shu)(shu),從星體的(de)磁極(ji)發(fa)(fa)射(she)出來。中子星的(de)磁軸與(yu)(yu)旋轉(zhuan)軸之間(jian)成一(yi)(yi)(yi)定(ding)角(jiao)度(du)(這與(yu)(yu)地(di)球的(de)磁北極(ji)地(di)理北極(ji)位置(zhi)略(lve)有(you)不同一(yi)(yi)(yi)樣)。星體旋轉(zhuan)時,這一(yi)(yi)(yi)光(guang)束(shu)(shu)就象燈(deng)塔的(de)光(guang)束(shu)(shu)或(huo)救護車警燈(deng)一(yi)(yi)(yi)樣,掃過(guo)太空。只有(you)當此光(guang)束(shu)(shu)直接(jie)照射(she)到(dao)地(di)球時,我們才能用某些望(wang)遠鏡探測到(dao)脈沖(chong)(chong)星的(de)信號。這樣一(yi)(yi)(yi)來,恒流的(de)光(guang)束(shu)(shu)就變(bian)成了脈沖(chong)(chong)光(guang)。 

幾乎所(suo)有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)專家都相信上(shang)述這種燈塔模(mo)型。但是(shi)也有(you)(you)“離(li)經叛道”的(de)(de)(de)(de)不同意(yi)見被提了(le)出(chu)(chu)(chu)來。新的(de)(de)(de)(de)觀點認為脈沖(chong)(chong)星的(de)(de)(de)(de)發(fa)光不是(shi)源自(zi)它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)極,而是(shi)來自(zi)它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)周圍。同時認為,脈沖(chong)(chong)星發(fa)出(chu)(chu)(chu)脈沖(chong)(chong)光是(shi)因(yin)為它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)磁(ci)場(chang)在(zai)高(gao)速(su)地翻轉振蕩,激變的(de)(de)(de)(de)磁(ci)場(chang)造成星體周圍出(chu)(chu)(chu)現了(le)極高(gao)的(de)(de)(de)(de)感生電場(chang)。這個(ge)感生電場(chang)的(de)(de)(de)(de)峰值出(chu)(chu)(chu)現在(zai)磁(ci)場(chang)過零點附(fu)近,并且(qie)加速(su)帶電粒(li)子(zi)使其發(fa)出(chu)(chu)(chu)同步輻射。這就可(ke)以解(jie)釋(shi)脈沖(chong)(chong)信號的(de)(de)(de)(de)產生機理(li)。

磁(ci)(ci)場(chang)(chang)振蕩模型(xing)的(de)優(you)點(dian)在(zai)于(yu)有太(tai)(tai)陽這(zhe)個低(di)頻振蕩的(de)樣板。我們知道(dao),太(tai)(tai)陽磁(ci)(ci)場(chang)(chang)的(de)方向每過11年就會翻(fan)(fan)轉(zhuan)一(yi)次(ci),如(ru)果(guo)太(tai)(tai)陽塌縮成了中子星(xing),它(ta)的(de)自(zi)轉(zhuan)周(zhou)(zhou)期(qi)可以縮短(duan)到秒(miao)(miao)級甚至毫秒(miao)(miao)級,同時,它(ta)的(de)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)翻(fan)(fan)轉(zhuan)周(zhou)(zhou)期(qi)也可能達到毫秒(miao)(miao)級。電磁(ci)(ci)振蕩模型(xing)遇到的(de)問題在(zai)于(yu)如(ru)下疑問:星(xing)體的(de)磁(ci)(ci)場(chang)(chang)真的(de)能那(nei)么快地翻(fan)(fan)轉(zhuan)嗎(ma)?當然(ran),燈(deng)塔(ta)模型(xing)也有它(ta)的(de)問題:磁(ci)(ci)鐵(tie)高(gao)速旋(xuan)轉(zhuan)的(de)時候(hou),真的(de)能從磁(ci)(ci)極發光嗎(ma)?

脈沖信號的(de)(de)(de)輻射,曾經被認為是中子星的(de)(de)(de)極端磁場(chang)(chang)的(de)(de)(de)特有行為。但是后(hou)來人們發(fa)現(xian),在(zai)某些主序星上,比如超冷(leng)星TVLM 513-46546和化學特殊星CU Virginis,都發(fa)現(xian)了(le)非常相似的(de)(de)(de)脈沖輻射,而這些星體的(de)(de)(de)磁場(chang)(chang)都很低(數千高斯)。這對磁場(chang)(chang)震(zhen)蕩(dang)模型是有利(li)的(de)(de)(de)。因為磁場(chang)(chang)震(zhen)蕩(dang)模型降(jiang)低了(le)對磁場(chang)(chang)強度的(de)(de)(de)要求。

絕大(da)多(duo)數的(de)(de)(de)脈沖星可(ke)以(yi)在(zai)射(she)(she)電波段被觀(guan)測(ce)到(dao)。少數的(de)(de)(de)脈沖星也能(neng)在(zai)可(ke)見光、X射(she)(she)線甚至γ射(she)(she)線波段內(nei)(nei)被觀(guan)測(ce)到(dao),例(li)如(ru)著名的(de)(de)(de)蟹狀脈沖星就(jiu)可(ke)以(yi)在(zai)射(she)(she)電到(dao)γ射(she)(she)線的(de)(de)(de)各個(ge)波段內(nei)(nei)被觀(guan)測(ce)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(wang)遠鏡收到(dao)的(de)(de)(de)信(xin)(xin)(xin)號時無(wu)意中發(fa)現(xian)(xian)了(le)(le)一些有(you)(you)規律的(de)(de)(de)脈沖(chong)信(xin)(xin)(xin)號,它們的(de)(de)(de)周期十分穩定,為1.337秒(miao)。起初(chu)她 以為這(zhe)是外星(xing)(xing)(xing)人(ren)“小綠人(ren)(LGM)”發(fa)來的(de)(de)(de)信(xin)(xin)(xin)號,但在接下來不(bu)到(dao)半年(nian)的(de)(de)(de)時間(jian)里(li),又(you)陸(lu)陸(lu)續續發(fa)現(xian)(xian)了(le)(le)數(shu)個這(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)脈沖(chong)信(xin)(xin)(xin)號。后來人(ren)們確(que)認(ren)這(zhe)是一類(lei)新的(de)(de)(de)天(tian)體,并(bing)把它命名為脈沖(chong)星(xing)(xing)(xing)(Pulsar,又(you)稱波霎)。脈沖(chong)星(xing)(xing)(xing)與類(lei)星(xing)(xing)(xing)體、宇(yu)宙(zhou)微波背景輻射、星(xing)(xing)(xing)際有(you)(you)機分子一道(dao),并(bing)稱為20世紀60年(nian)代天(tian)文學“四大(da)發(fa)現(xian)(xian)”。安東尼·休(xiu)伊(yi)什教(jiao)授本人(ren)也因脈沖(chong)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)發(fa)現(xian)(xian)而榮獲1974年(nian)的(de)(de)(de)諾(nuo)貝爾物理學獎,盡管(guan)人(ren)們對貝爾小姐未(wei)能(neng)獲獎而頗有(you)(you)微詞(ci)。

1997年(nian)拍攝(she)的美(mei)國電影《超(chao)時空接(jie)觸》(Contact)中女主角(jiao)破譯了來自外(wai)太空的有(you)規律的信號,并據此制(zhi)成了特殊的機(ji)器(qi)。但第一(yi)次確定乘坐(zuo)機(ji)器(qi)與外(wai)星智慧聯(lian)系的人選時,卻沒(mei)有(you)選她。這段情(qing)節被認為是影射(she)了貝(bei)爾(er)小姐沒(mei)有(you)獲(huo)得諾貝(bei)爾(er)獎的事(shi)情(qing)。

15歲女生發現新(xin)脈沖星

一(yi)名西(xi)維吉(ji)尼亞的(de)(de)高(gao)中學生(sheng)(sheng),使(shi)用來自(zi)綠灣射電天(tian)(tian)文望遠鏡(Robert C. Byrd Green Bank Telescope,簡寫GBT)的(de)(de)數據,發現(xian)了一(yi)個(ge)新脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星(xing)。 Shay Bloxton,15歲,參與(yu)了一(yi)個(ge)讓學生(sheng)(sheng)分析射電望遠鏡數據的(de)(de)項目,于2009年10月15日發現(xian)了一(yi)個(ge)可能(neng)是脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星(xing)的(de)(de)天(tian)(tian)體。她和(he)NRAO天(tian)(tian)文臺的(de)(de)天(tian)(tian)文學家在(zai)一(yi)個(ge)月后再次觀(guan)察了該天(tian)(tian)體,證實(shi)它(ta)確實(shi)是一(yi)顆脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星(xing)。Bloxton表示十分興(xing)奮,她在(zai)11月份(fen)前往綠灣,參加跟蹤觀(guan)察。她所參與(yu)的(de)(de)項目叫Pulsar Search Collaboratory(PSC),是美(mei)國國家射電天(tian)(tian)文臺和(he)西(xi)維吉(ji)尼亞大(da)學的(de)(de)聯合項目。科(ke)學家首次發現(xian)脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星(xing)是在(zai)1967年。去年末,另一(yi)名來自(zi)South Harrison高(gao)中的(de)(de)西(xi)維吉(ji)尼亞學生(sheng)(sheng),也(ye)在(zai)參與(yu)PSC項目時發現(xian)了一(yi)個(ge)類似脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)星(xing)的(de)(de)天(tian)(tian)體。

特征

錐形(xing)掃射(she)(she)1968年有人提出脈沖星(xing)是快速旋轉的(de)中(zhong)子(zi)星(xing)。中(zhong)子(zi)星(xing)具有強(qiang)磁場,運(yun)動(dong)的(de)帶電(dian)粒子(zi)發出同步輻射(she)(she),形(xing)成(cheng)與中(zhong)子(zi)星(xing)一(yi)起轉動(dong)的(de)射(she)(she)電(dian)波束(shu)。由于(yu)中(zhong)子(zi)星(xing)的(de)自轉軸(zhou)和磁軸(zhou)一(yi)般并不(bu)重合,每當(dang)射(she)(she)電(dian)波束(shu)掃過地球時,就(jiu)接(jie)收(shou)到(dao)一(yi)個(ge)脈沖。

恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)在(zai)(zai)演化末期,缺乏(fa)繼續燃燒所需要的(de)(de)(de)核反應原(yuan)(yuan)料(liao),內部輻(fu)射(she)(she)壓降低,由于其自身的(de)(de)(de)引(yin)力(li)作用逐漸坍(tan)縮(suo)(suo)。質量(liang)(liang)不夠大(約數倍太陽質量(liang)(liang))的(de)(de)(de)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)坍(tan)縮(suo)(suo)后(hou)依(yi)靠電(dian)子(zi)(zi)簡(jian)并壓力(li)與(yu)引(yin)力(li)相抗衡(heng),成(cheng)(cheng)為白矮星(xing)(xing)(xing)(xing),而在(zai)(zai)質量(liang)(liang)比(bi)這(zhe)還(huan)大的(de)(de)(de)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)里面,電(dian)子(zi)(zi)被壓入原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)核,形成(cheng)(cheng)中(zhong)子(zi)(zi),這(zhe)時(shi)候(hou)(hou)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)依(yi)靠中(zhong)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)簡(jian)并壓與(yu)引(yin)力(li)保持平衡(heng),這(zhe)就是(shi)中(zhong)子(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing)(xing)。典型中(zhong)子(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)半徑(jing)只有(you)幾公里到(dao)十幾公里,質量(liang)(liang)卻(que)在(zai)(zai)1-2倍太陽質量(liang)(liang)之間,因(yin)此其密度(du)可以達到(dao)每立方厘米上億噸。由于恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)在(zai)(zai)坍(tan)縮(suo)(suo)的(de)(de)(de)時(shi)候(hou)(hou)角(jiao)動量(liang)(liang)守恒(heng),坍(tan)縮(suo)(suo)成(cheng)(cheng)半徑(jing)很(hen)小的(de)(de)(de)中(zhong)子(zi)(zi)星(xing)(xing)(xing)(xing)后(hou)自轉(zhuan)速度(du)往往非(fei)常快。又(you)因(yin)為恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)磁(ci)場的(de)(de)(de)磁(ci)軸與(yu)自轉(zhuan)軸通常不平行,有(you)的(de)(de)(de)夾角(jiao)甚(shen)至達到(dao)90度(du),而電(dian)磁(ci)波只能(neng)從磁(ci)極的(de)(de)(de)位置發射(she)(she)出來,形成(cheng)(cheng)圓錐形的(de)(de)(de)輻(fu)射(she)(she)區。

此(ci)外在持脈沖(chong)星(xing)便(bian)是(shi)中子(zi)星(xing)的證據中,其中一個(ge)便(bian)是(shi)我們在蟹狀星(xing)云(M1;原(yuan)天關客(ke)星(xing),SN 1054)確(que)實也發現了一個(ge)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(xin)號周(zhou)期(qi)(qi)的(de)(de)精確度能夠超過原子鐘。而從(cong)脈沖星的(de)(de)周(zhou)期(qi)(qi)就可(ke)以推測出(chu)其年齡(ling)的(de)(de)大小,周(zhou)期(qi)(qi)越(yue)短的(de)(de)脈沖星越(yue)年輕。

脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)的(de)(de)特征除高(gao)速自轉外,還具(ju)有極強的(de)(de)磁(ci)場,電(dian)子(zi)從磁(ci)極射出,輻射具(ju)有很(hen)強的(de)(de)方向性。由于(yu)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)的(de)(de)自轉軸(zhou)和(he)它的(de)(de)磁(ci)軸(zhou)不重合,在自轉中,當輻射向著觀測者時,觀測者就(jiu)接收到了(le)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)。到1999年(nian),已(yi)發現(xian)1000顆(ke)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)。

毫秒(miao)脈(mo)沖星(xing)(Millisecond pulsar)

20世(shi)紀80年(nian)代,由(you)發(fa)現(xian)了一類所謂的(de)(de)毫(hao)(hao)(hao)秒脈(mo)沖(chong)星,它們的(de)(de)周期太短(duan)了,只有毫(hao)(hao)(hao)秒量級,之(zhi)前的(de)(de)儀器雖然(ran)能探測到,但是很難將脈(mo)沖(chong)分辨出來。研(yan)究發(fa)現(xian)毫(hao)(hao)(hao)秒脈(mo)沖(chong)星并不年(nian)輕,這就(jiu)對傳(chuan)統(tong)的(de)(de)“周期越短(duan)越年(nian)輕”的(de)(de)理論提出了挑戰。進一步(bu)的(de)(de)研(yan)究發(fa)現(xian)毫(hao)(hao)(hao)秒脈(mo)沖(chong)星與(yu)密近雙星有關。

著名的脈沖星

人類(lei)發現(xian)的(de)第一顆脈(mo)沖星(xing):PSR1919+21,也就是上文貝爾小姐發現(xian)的(de)那顆脈(mo)沖星(xing),位于狐(hu)貍(li)座(zuo)方向(xiang),周期為(wei)1.33730119227秒。

人類發(fa)現的第一顆脈沖(chong)雙(shuang)星:PSR B1913+16

人類發現的(de)第一顆毫(hao)秒脈沖星:PSR B1937+21

人(ren)類(lei)發現的第一(yi)顆帶有行星系統的脈(mo)沖星:PSR B1257+12

人類發現的第一顆(ke)雙脈沖星系統(tong):PSRJ0737-3039

命名規則

脈沖(chong)(chong)星的(de)(de)命名由脈沖(chong)(chong)星英文pulsar的(de)(de)縮寫(xie)PSR加上其赤(chi)(chi)經(jing)(jing)赤(chi)(chi)緯(wei)坐標組成。如(ru)PSR B1937+21,1937是指(zhi)該脈沖(chong)(chong)星位于赤(chi)(chi)經(jing)(jing)19 37 ,+21是指(zhi)其位于赤(chi)(chi)緯(wei)+21°,B意味著(zhu)赤(chi)(chi)經(jing)(jing)赤(chi)(chi)緯(wei)值(zhi)是歸算到歷元1950年(nian)的(de)(de)值(zhi)。此外,J則表(biao)示赤(chi)(chi)經(jing)(jing)赤(chi)(chi)緯(wei)值(zhi)是歸算到歷元2000年(nian)的(de)(de)值(zhi)。

有關故事

脈沖星(xing)(xing)被(bei)認為是(shi)(shi)(shi)“死亡之星(xing)(xing)”,是(shi)(shi)(shi)恒星(xing)(xing)在超(chao)新(xin)星(xing)(xing)階段爆(bao)發(fa)后的(de)產物(wu)。超(chao)新(xin)星(xing)(xing)爆(bao)發(fa)之后,就只剩下了一個“核”,僅有幾(ji)十公(gong)里(li)大小,它(ta)(ta)的(de)旋轉速度很快(kuai),有的(de)甚(shen)至可(ke)以達(da)到每秒714圈。在旋轉過程中,它(ta)(ta)的(de)磁場會(hui)使它(ta)(ta)形成強(qiang)烈的(de)電(dian)波(bo)向(xiang)外界輻射(she),脈沖星(xing)(xing)就像是(shi)(shi)(shi)宇(yu)宙(zhou)中的(de)燈塔,源源不斷地向(xiang)外界發(fa)射(she)電(dian)磁波(bo),這種電(dian)磁波(bo)是(shi)(shi)(shi)間(jian)歇性的(de),而且(qie)有著很強(qiang)的(de)規律性。正是(shi)(shi)(shi)由(you)于其強(qiang)烈的(de)規律性,脈沖星(xing)(xing)被(bei)認為是(shi)(shi)(shi)宇(yu)宙(zhou)中最精確的(de)時鐘(zhong)。

脈(mo)沖星的(de)存(cun)在(zai)是過去(qu)人們沒(mei)有預料(liao)到的(de),它的(de)性質如此奇特,以至于人們在(zai)對(dui)它的(de)認識(shi)過程中(zhong)產生了很(hen)多故(gu)事。

發現脈沖星

脈沖星(xing)剛發現的(de)時候,人們以為那是外星(xing)人向我(wo)們發射(she)的(de)電(dian)磁波,他們在尋求宇宙中的(de)知音。

1967年,英國劍橋新(xin)建造了射(she)(she)電(dian)望遠(yuan)鏡,這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)一(yi)種新(xin)型的(de)(de)望遠(yuan)鏡,它的(de)(de)作(zuo)用是(shi)(shi)觀(guan)測(ce)射(she)(she)電(dian)輻射(she)(she)受(shou)行星際物質的(de)(de)影(ying)響(xiang)。整個裝置不能移(yi)動,只(zhi)能依靠各天區的(de)(de)周(zhou)日運動進(jin)入(ru)望遠(yuan)鏡的(de)(de)視場而(er)進(jin)行逐條掃描。1967年7月,這(zhe)(zhe)臺儀器(qi)正式(shi)投入(ru)使用,接(jie)受(shou)波長為(wei)3.7米。用望遠(yuan)鏡觀(guan)測(ce)并擔任繁重記錄(lu)處理(li)的(de)(de)是(shi)(shi)休(xiu)(xiu)伊(yi)什的(de)(de)女博士(shi)研究(jiu)生喬斯琳(lin)·貝爾。在觀(guan)測(ce)的(de)(de)過程中(zhong),細心(xin)的(de)(de)貝爾小姐發現了一(yi)系(xi)列的(de)(de)奇(qi)怪(guai)的(de)(de)脈(mo)沖,這(zhe)(zhe)些(xie)脈(mo)沖的(de)(de)時間(jian)(jian)間(jian)(jian)距精確的(de)(de)相等。貝爾小姐立刻(ke)把這(zhe)(zhe)個消息報告(gao)給她的(de)(de)導師休(xiu)(xiu)伊(yi)什,休(xiu)(xiu)伊(yi)什認為(wei)這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)受(shou)到了地球(qiu)上某(mou)種電(dian)波的(de)(de)影(ying)響(xiang)。但是(shi)(shi),第二天,也是(shi)(shi)同一(yi)時間(jian)(jian),也是(shi)(shi)同一(yi)個天區,那個神秘的(de)(de)脈(mo)沖信號再次出(chu)現。這(zhe)(zhe)一(yi)次可以證(zheng)明,這(zhe)(zhe)個奇(qi)怪(guai)的(de)(de)信號不是(shi)(shi)來(lai)自(zi)于地球(qiu),它確實是(shi)(shi)來(lai)自(zi)于天外。

這是(shi)不是(shi)外(wai)星(xing)人(ren)向(xiang)我們發(fa)出(chu)的(de)(de)(de)(de)文明信號呢(ni),新聞媒體對這個問題投入(ru)了極(ji)大的(de)(de)(de)(de)熱情,不久(jiu),貝(bei)(bei)(bei)爾又發(fa)現了天空(kong)中的(de)(de)(de)(de)另外(wai)幾個這樣的(de)(de)(de)(de)天區,最后終(zhong)于證明,這是(shi)一種新型的(de)(de)(de)(de)還不被人(ren)們認識的(de)(de)(de)(de)天體——脈(mo)沖(chong)星(xing)。1974年,這項(xiang)(xiang)新發(fa)現獲得了諾貝(bei)(bei)(bei)爾物理(li)獎(jiang)(jiang)(jiang),獎(jiang)(jiang)(jiang)項(xiang)(xiang)頒給了休伊什,以獎(jiang)(jiang)(jiang)勵他所領導(dao)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)小(xiao)組(zu)發(fa)現了脈(mo)沖(chong)星(xing)。令人(ren)遺憾的(de)(de)(de)(de)是(shi),脈(mo)沖(chong)星(xing)的(de)(de)(de)(de)直接發(fa)現者(zhe),喬(qiao)斯琳(lin).貝(bei)(bei)(bei)爾小(xiao)姐不在(zai)獲獎(jiang)(jiang)(jiang)人(ren)員之列。事(shi)實上(shang),在(zai)脈(mo)沖(chong)星(xing)的(de)(de)(de)(de)發(fa)現中,起(qi)關鍵作用的(de)(de)(de)(de)應該(gai)是(shi)貝(bei)(bei)(bei)爾小(xiao)姐的(de)(de)(de)(de)嚴謹的(de)(de)(de)(de)科(ke)學態度和極(ji)度細心的(de)(de)(de)(de)觀測(ce)。

中學生發現脈沖星

從(cong)事天文研究(jiu)的(de)(de)都是(shi)專(zhuan)業天文學(xue)家,他們(men)有(you)豐富的(de)(de)研究(jiu)經驗,也有(you)專(zhuan)業的(de)(de)研究(jiu)設(she)備,所(suo)以他們(men)可(ke)以取(qu)得(de)驕人的(de)(de)成績。但(dan)(dan)是(shi),在(zai)脈沖(chong)星(xing)的(de)(de)發(fa)現歷(li)史上(shang),卻(que)有(you)著一個特別的(de)(de)例(li)子(zi),這(zhe)個例(li)子(zi)就是(shi)三名(ming)中學(xue)生(sheng)發(fa)現了(le)(le)一顆脈沖(chong)星(xing)。通常情況下(xia)(xia),超新星(xing)爆(bao)發(fa)后(hou),會在(zai)原來(lai)的(de)(de)遺(yi)址上(shang)留下(xia)(xia)來(lai)一顆恒星(xing)的(de)(de)殘骸(hai),這(zhe)樣的(de)(de)殘骸(hai)很可(ke)能(neng)就是(shi)脈沖(chong)星(xing),但(dan)(dan)是(shi),科(ke)學(xue)家沒有(you)注意(yi)到這(zhe)個問題,卻(que)讓三名(ming)中學(xue)生(sheng)發(fa)現了(le)(le)。于是(shi),這(zhe)三個中學(xue)生(sheng)獲得(de)了(le)(le)西門子(zi)-西屋科(ke)學(xue)和技術競賽大(da)獎。

在(zai)(zai)美國北(bei)卡(ka)羅來納(na)州(zhou),有(you)三名中學(xue)生,他們都(dou)是天文(wen)發(fa)燒友,經常在(zai)(zai)一起(qi)探討天文(wen)問題,錢德(de)拉(la)塞卡(ka)空(kong)間望遠鏡發(fa)回的(de)(de)資料引(yin)起(qi)了(le)(le)他們的(de)(de)興趣,他們發(fa)現(xian)在(zai)(zai)IC443的(de)(de)超新星遺跡有(you)些(xie)特別(bie),似(si)乎(hu)有(you)一個(ge)(ge)點(dian)狀的(de)(de)X射線源存在(zai)(zai),這表明(ming)那里(li)很可(ke)能會有(you)一顆(ke)脈(mo)沖星。他們把這個(ge)(ge)消息報告給了(le)(le)專業天文(wen)學(xue)家。結(jie)果,這個(ge)(ge)發(fa)現(xian)獲得(de)了(le)(le)專家的(de)(de)認可(ke),麻(ma)省理工學(xue)院脈(mo)沖星專家布賴恩博士對這些(xie)中學(xue)生的(de)(de)成果評價說(shuo):“這是一個(ge)(ge)實(shi)實(shi)在(zai)(zai)在(zai)(zai)的(de)(de)科學(xue)發(fa)現(xian)。有(you)關(guan)人員都(dou)應該對此成就感到驕傲。”

脈沖星實(shi)在是(shi)一種(zhong)奇(qi)異的(de)天(tian)體,人們對它(ta)(ta)的(de)各種(zhong)特性還沒有(you)完全了(le)解,很多發(fa)現都(dou)是(shi)事先沒有(you)預料到(dao)的(de)。隨著人們對它(ta)(ta)的(de)了(le)解越來越多,這方面(mian)的(de)理論建設(she)也(ye)(ye)就會越來越完善,故事也(ye)(ye)許(xu)不會再發(fa)生。

那是(shi)(shi)(shi)1967年(nian)(nian)8月,劍橋射電(dian)天(tian)文臺的(de)(de)(de)(de)女研究生(sheng)貝爾(er)在紛亂的(de)(de)(de)(de)記錄(lu)紙帶上(shang)察覺到(dao)一(yi)個(ge)(ge)奇(qi)怪的(de)(de)(de)(de)“干擾”信號(hao),經多次反復鉆(zhan)研,她(ta)成(cheng)(cheng)功(gong)地(di)認證:地(di)球(qiu)每隔1.33秒(miao)接(jie)(jie)收到(dao)一(yi)個(ge)(ge)極其規則的(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)。得(de)(de)知(zhi)這一(yi)驚人消(xiao)息,她(ta)的(de)(de)(de)(de)導師(shi)休伊(yi)什曾懷疑(yi)這可(ke)(ke)能(neng)是(shi)(shi)(shi)外(wai)星(xing)人——“小綠人”——發(fa)(fa)出的(de)(de)(de)(de)摩爾(er)斯電(dian)碼,他們可(ke)(ke)能(neng)在向地(di)球(qiu)問候。但是(shi)(shi)(shi),進一(yi)步的(de)(de)(de)(de)測量(liang)表明(ming)(ming),這個(ge)(ge)天(tian)體(ti)發(fa)(fa)出脈(mo)沖(chong)的(de)(de)(de)(de)頻率精確得(de)(de)令人難(nan)以(yi)置信,并沒(mei)有(you)電(dian)碼的(de)(de)(de)(de)明(ming)(ming)顯豐富信息。接(jie)(jie)下來,貝爾(er)又(you)找出了(le)(le)另(ling)外(wai)3個(ge)(ge)類(lei)似(si)的(de)(de)(de)(de)源,所以(yi)排除了(le)(le)外(wai)星(xing)人信號(hao),因為不可(ke)(ke)能(neng)有(you)三個(ge)(ge)“小綠人”在不同(tong)方向、同(tong)時向地(di)球(qiu)發(fa)(fa)射穩定頻率信號(hao)。再經過(guo)認真(zhen)仔細(xi)研究,1968年(nian)(nian)2月,貝爾(er)和休伊(yi)什聯名在英國(guo)《自然》雜志上(shang)報告了(le)(le)新(xin)型天(tian)體(ti)——脈(mo)沖(chong)星(xing)的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)現(xian),并認為脈(mo)沖(chong)星(xing)就是(shi)(shi)(shi)物理學家預言(yan)的(de)(de)(de)(de)超級致(zhi)密的(de)(de)(de)(de)、接(jie)(jie)近黑洞的(de)(de)(de)(de)奇(qi)異(yi)天(tian)體(ti),其半徑大約10公里(li),其密度相當于(yu)將(jiang)整個(ge)(ge)太陽壓縮到(dao)北京市(shi)區的(de)(de)(de)(de)范圍,因此具有(you)超強的(de)(de)(de)(de)引力場。乒乓球(qiu)大小的(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖(chong)星(xing)物質相當于(yu)地(di)球(qiu)上(shang)一(yi)座山的(de)(de)(de)(de)重(zhong)量(liang)。這是(shi)(shi)(shi)20世紀(ji)激動人心(xin)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)大發(fa)(fa)現(xian),為人類(lei)探(tan)索(suo)自然開(kai)辟了(le)(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)領域,而(er)且對現(xian)代物理學的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)產生(sheng)了(le)(le)深遠影響,成(cheng)(cheng)為上(shang)世紀(ji)60年(nian)(nian)代天(tian)文學的(de)(de)(de)(de)四(si)大發(fa)(fa)現(xian)之一(yi)。

然而,榮譽出現(xian)(xian)了(le)歸屬爭(zheng)議。1974年諾貝(bei)(bei)(bei)爾(er)物理(li)學(xue)(xue)獎(jiang)(jiang)桂冠只(zhi)(zhi)戴在導(dao)師休(xiu)(xiu)伊(yi)什(shen)(shen)的(de)(de)(de)(de)(de)頭上(shang)(shang),完全忽(hu)略了(le)學(xue)(xue)生貝(bei)(bei)(bei)爾(er)的(de)(de)(de)(de)(de)貢(gong)獻(xian),輿(yu)論一片嘩然。英國著(zhu)名天(tian)(tian)文(wen)學(xue)(xue)家(jia)霍伊(yi)爾(er)爵(jue)士在倫敦《泰(tai)晤士報》發表談話,他認(ren)為,貝(bei)(bei)(bei)爾(er)應同休(xiu)(xiu)伊(yi)什(shen)(shen)共享諾貝(bei)(bei)(bei)爾(er)獎(jiang)(jiang),并對諾貝(bei)(bei)(bei)爾(er)獎(jiang)(jiang)委員會授獎(jiang)(jiang)前的(de)(de)(de)(de)(de)調(diao)查工(gong)作(zuo)欠周(zhou)密提(ti)出了(le)批(pi)評,甚至(zhi)認(ren)為此事件(jian)是(shi)(shi)(shi)諾貝(bei)(bei)(bei)爾(er)獎(jiang)(jiang)歷(li)史(shi)上(shang)(shang)一樁(zhuang)丑聞(wen)、性別歧(qi)視案。霍伊(yi)爾(er)還認(ren)為,貝(bei)(bei)(bei)爾(er)的(de)(de)(de)(de)(de)發現(xian)(xian)是(shi)(shi)(shi)非常(chang)重要的(de)(de)(de)(de)(de),但她的(de)(de)(de)(de)(de)導(dao)師竟(jing)把這一發現(xian)(xian)扣壓半年,從(cong)客觀上(shang)(shang)講(jiang)就是(shi)(shi)(shi)一種盜竊。更有學(xue)(xue)者指(zhi)出,“貝(bei)(bei)(bei)爾(er)小(xiao)姐作(zuo)出的(de)(de)(de)(de)(de)卓越發現(xian)(xian),讓(rang)她的(de)(de)(de)(de)(de)導(dao)師休(xiu)(xiu)伊(yi)什(shen)(shen)贏得(de)了(le)諾貝(bei)(bei)(bei)爾(er)物理(li)獎(jiang)(jiang)”。著(zhu)名天(tian)(tian)文(wen)學(xue)(xue)家(jia)曼徹斯特和泰(tai)勒所著(zhu)《脈沖(chong)(chong)星》一書的(de)(de)(de)(de)(de)扉(fei)頁上(shang)(shang)寫道:“獻(xian)給喬瑟琳(lin)·貝(bei)(bei)(bei)爾(er),沒有她的(de)(de)(de)(de)(de)聰明和執著(zhu),我們不能獲得(de)脈沖(chong)(chong)星的(de)(de)(de)(de)(de)喜悅。”。霍金在《時(shi)間(jian)簡史(shi)》一書中(zhong),也只(zhi)(zhi)說脈沖(chong)(chong)星是(shi)(shi)(shi)貝(bei)(bei)(bei)爾(er)發現(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de),不提(ti)休(xiu)(xiu)伊(yi)什(shen)(shen)。

關于(yu)脈沖星真正發現(xian)者的(de)(de)爭論和對諾(nuo)貝(bei)爾(er)(er)獎(jiang)委員會(hui)(hui)的(de)(de)質疑,已經歷(li)了40年。40年后的(de)(de)今天,它再次成(cheng)為關注(zhu)話題。回首(shou)往事,作為導師的(de)(de)休伊什獲(huo)得(de)了諾(nuo)貝(bei)爾(er)(er)獎(jiang),無可厚非,但貝(bei)爾(er)(er)失(shi)去殊榮,卻(que)令人(ren)感(gan)到惋(wan)惜。如果沒(mei)有貝(bei)爾(er)(er)對“干擾”信號一(yi)絲不茍的(de)(de)追究,他們可能錯(cuo)過脈沖星的(de)(de)發現(xian)。若(ruo)把(ba)諾(nuo)貝(bei)爾(er)(er)獎(jiang)“競賽”比作科學“奧運會(hui)(hui)”,那么,40年前的(de)(de)“裁判”們顯然吹了“黑哨”,至(zhi)少(shao)是誤判,這玷污了諾(nuo)貝(bei)爾(er)(er)獎(jiang)的(de)(de)科學公正權威性。

貝(bei)(bei)爾(er)訪問(wen)北京期間,筆者與(yu)她(ta)(ta)談起脈沖星(xing)的發(fa)現(xian)(xian)經歷(li)和對諾貝(bei)(bei)爾(er)獎(jiang)(jiang)的看法(fa),她(ta)(ta)說,脈沖星(xing)發(fa)現(xian)(xian)后不久(jiu),她(ta)(ta)就被迫(po)離(li)開了(le)劍橋大學(xue)。沉默(mo)稍許(xu),她(ta)(ta)直言,上(shang)世紀(ji)60年(nian)代,科學(xue)機構普遍存(cun)在忽視學(xue)生(sheng)貢獻的傾向,特(te)別是(shi)女(nv)學(xue)生(sheng)。導師經常以(yi)“上(shang)級(ji)領(ling)導”自(zi)居,將(jiang)學(xue)生(sheng)成果竊為己有(you),然后想辦(ban)法(fa)把學(xue)生(sheng)一(yi)腳踢(ti)開。然而(er),1993年(nian),兩位美(mei)國天文學(xue)家因發(fa)現(xian)(xian)脈沖星(xing)雙星(xing)而(er)榮獲諾貝(bei)(bei)爾(er)獎(jiang)(jiang)時,諾貝(bei)(bei)爾(er)獎(jiang)(jiang)委員(yuan)會(hui)格外精心,邀請貝(bei)(bei)爾(er)參加了(le)頒獎(jiang)(jiang)儀式(shi),算是(shi)一(yi)種(zhong)補償吧。1968年(nian),離(li)開劍橋后,她(ta)(ta)和休伊什沒有(you)再合作,直到(dao)上(shang)世紀(ji)80年(nian)代,他們才(cai)在一(yi)次國際會(hui)議(yi)上(shang)相見,并(bing)握(wo)手言和。脈沖星(xing)發(fa)現(xian)(xian)以(yi)來,除了(le)諾貝(bei)(bei)爾(er)獎(jiang)(jiang),她(ta)(ta)榮獲了(le)十幾項(xiang)世界級(ji)科學(xue)獎(jiang)(jiang),并(bing)成為科學(xue)大使(shi)。

最愚蠢的一腳

就在(zai)貝爾小姐發現(xian)(xian)射(she)電(dian)脈(mo)(mo)沖(chong)之前(qian),有(you)位(wei)物理學家也把他(ta)(ta)的(de)(de)射(she)電(dian)望遠鏡對準了(le)太空,他(ta)(ta)觀(guan)測(ce)的(de)(de)位(wei)置是(shi)(shi)獵戶座的(de)(de)一(yi)(yi)個脈(mo)(mo)沖(chong)星,他(ta)(ta)發現(xian)(xian)自動記錄(lu)儀(yi)在(zai)發生著顫抖,這種顫抖是(shi)(shi)有(you)一(yi)(yi)定規(gui)律可循(xun)的(de)(de),但是(shi)(shi)他(ta)(ta)并沒有(you)留意(yi)這種情況,他(ta)(ta)以為(wei)自己(ji)的(de)(de)設備(bei)出(chu)了(le)什么毛(mao)病(bing),于是(shi)(shi),他(ta)(ta)對著儀(yi)器輕輕地踢(ti)了(le)一(yi)(yi)腳,儀(yi)器的(de)(de)顫抖消失了(le),他(ta)(ta)就是(shi)(shi)這樣與發現(xian)(xian)脈(mo)(mo)沖(chong)星的(de)(de)桂(gui)冠(guan)擦肩(jian)而(er)過,與他(ta)(ta)一(yi)(yi)起擦肩(jian)而(er)過的(de)(de),還有(you)一(yi)(yi)筆諾貝爾獎金(jin)。

這最愚蠢的一腳,使(shi)他終身難忘,后悔不(bu)已。他向貝(bei)爾小姐(jie)講述了自(zi)己的故事。但他卻不(bu)愿意透露自(zi)己的身份。所以(yi)直到今天,也沒(mei)有(you)人知(zhi)道這位射電天文(wen)學家是(shi)誰。

搖擺舞

雖(sui)然脈沖星(xing)(xing)(xing)不是外(wai)星(xing)(xing)(xing)人(ren)發射的(de)(de)(de)信號,但是人(ren)們依然對外(wai)星(xing)(xing)(xing)人(ren)極感興趣,人(ren)們認(ren)為,如(ru)果(guo)有(you)外(wai)星(xing)(xing)(xing)人(ren)的(de)(de)(de)話,他們應該(gai)在(zai)一顆行(xing)星(xing)(xing)(xing)上,于是,尋找太陽系(xi)以外(wai)的(de)(de)(de)行(xing)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)工作(zuo)就(jiu)從來(lai)沒有(you)停止過(guo),許多人(ren)在(zai)這條道路(lu)上艱難的(de)(de)(de)向前(qian)摸索著,他們被稱為獵(lie)星(xing)(xing)(xing)人(ren)。第(di)一個發現太陽系(xi)以外(wai)行(xing)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)不是這些獵(lie)星(xing)(xing)(xing)人(ren),而是一位研究(jiu)脈沖星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)科學家。

安德魯·林恩(也有人譯作 萊恩)是全球發現(xian)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)最多的(de)人。林恩發現(xian)了一(yi)類奇怪的(de)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing),其脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)總是會(hui)早(zao)到(dao)或晚(wan)到(dao)地球幾毫秒,這(zhe)種情況每半(ban)年就出現(xian)一(yi)次,仿佛是脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)一(yi)會(hui)兒朝著我(wo)們(men)而(er)來,一(yi)會(hui)兒又離開我(wo)們(men)而(er)去,脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)好像(xiang)是在(zai)(zai)跳搖(yao)(yao)擺舞(wu)(wu)。他把(ba)自己的(de)這(zhe)一(yi)發現(xian)發表(biao)在(zai)(zai)了著名的(de)科學雜(za)志《自然》上面,結果立即震驚(jing)了學術界。真是令人難以(yi)置信,林恩在(zai)(zai)偶然間(jian)發現(xian)了脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)被行星(xing)(xing)引(yin)(yin)力牽引(yin)(yin)在(zai)(zai)跳搖(yao)(yao)擺舞(wu)(wu),這(zhe)種搖(yao)(yao)擺的(de)證據表(biao)明,在(zai)(zai)這(zhe)顆脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)的(de)周圍(wei),有行星(xing)(xing)圍(wei)繞(rao)著它運行。這(zhe)個發現(xian)讓那些獵星(xing)(xing)人極感興趣(qu)。

就(jiu)在安德魯·林恩(en)即將在美(mei)國天文學(xue)年會上發(fa)言(yan)前夕(xi),為了充分準備他(ta)(ta)的(de)研究資料,他(ta)(ta)開始重新檢(jian)查并修正(zheng)有(you)關數據,但是這(zhe)個時候,他(ta)(ta)卻突然發(fa)現(xian)自己犯了一個錯誤:他(ta)(ta)所發(fa)現(xian)的(de)“搖(yao)(yao)擺(bai)”,其(qi)實只是地球自身在環繞太陽運(yun)行(xing)過(guo)程中所產生的(de)“搖(yao)(yao)擺(bai)”。由于(yu)(yu)電腦出(chu)錯,先(xian)前未能考慮到這(zhe)一因素,所以才(cai)出(chu)現(xian)了脈沖星“搖(yao)(yao)擺(bai)”的(de)錯誤結(jie)論。林恩(en)一下(xia)子呆了,他(ta)(ta)開始為自己的(de)愚蠢(chun)后悔不已,最(zui)后,他(ta)(ta)終于(yu)(yu)作出(chu)了痛苦(ku)的(de)選擇(ze),必須公(gong)開承認這(zhe)一重大失誤。

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(shi)在(zai)(zai)這一天,也就是(shi)在(zai)(zai)這次(ci)會議上,還有另一個人,也準備了相似的發言,他也是(shi)一位脈沖星(xing)觀測者,他的名字叫(jiao)做(zuo)亞歷克斯·沃爾茲坎。

但與林(lin)恩(en)不(bu)(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)是,他(ta)的(de)(de)證據確(que)確(que)實(shi)實(shi)地表明,有(you)一顆(ke)(ke)脈(mo)(mo)沖(chong)星(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)僅(jin)只被一顆(ke)(ke)行星(xing)(xing)所環繞,而(er)是具有(you)一整(zheng)套行星(xing)(xing)系統!發(fa)言(yan)之(zhi)前,沃(wo)爾茲(zi)坎(kan)(kan)有(you)些(xie)忐忑不(bu)(bu)(bu)安(an),因(yin)為林(lin)恩(en)的(de)(de)認錯無疑更加強化了(le)一種(zhong)根深(shen)蒂固的(de)(de)觀念;“脈(mo)(mo)沖(chong)星(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)可能有(you)行星(xing)(xing)環繞”。不(bu)(bu)(bu)過這一次,事實(shi)證明沃(wo)爾茲(zi)坎(kan)(kan)是對的(de)(de),他(ta)不(bu)(bu)(bu)僅(jin)發(fa)現(xian)了(le)脈(mo)(mo)沖(chong)星(xing)(xing)的(de)(de)“搖擺(bai)”,而(er)且計算出有(you)3顆(ke)(ke)行星(xing)(xing)在圍繞這顆(ke)(ke)脈(mo)(mo)沖(chong)星(xing)(xing)運行,并且這些(xie)行星(xing)(xing)每200天就相(xiang)會(hui)一次,每一次其(qi)中(zhong)兩顆(ke)(ke)較大的(de)(de)行星(xing)(xing)都會(hui)相(xiang)互影響對方,這樣(yang)就使它們的(de)(de)軌道發(fa)生一些(xie)微(wei)妙的(de)(de)改變。正是這些(xie)改變,使他(ta)發(fa)現(xian)了(le)這顆(ke)(ke)脈(mo)(mo)沖(chong)星(xing)(xing)擁有(you)行星(xing)(xing)的(de)(de)秘(mi)密。

脈(mo)沖星(xing)的(de)行(xing)(xing)星(xing)就(jiu)是這樣(yang)被發現了,而(er)且它還(huan)是一個(ge)完整的(de)行(xing)(xing)星(xing)系(xi)統,但是這個(ge)時候,那(nei)些獵星(xing)人(ren)連(lian)一個(ge)太陽系(xi)以外的(de)行(xing)(xing)星(xing)也(ye)沒有(you)找到(dao),這樣(yang)的(de)發現讓獵星(xing)人(ren)感到(dao)十分困(kun)惑,因為脈(mo)沖星(xing)具(ju)有(you)行(xing)(xing)星(xing),這是天文學家過去沒有(you)想到(dao)的(de)。脈(mo)沖星(xing)是爆發過的(de)中子星(xing),他怎么可能會有(you)行(xing)(xing)星(xing)呢?

第(di)一(yi)個日外行星(xing)系統(tong)就是這(zhe)樣被發現了(le),由于(yu)它不符(fu)合(he)現代的天文學(xue)理(li)論,這(zhe)個發現總是讓(rang)人感到有些(xie)意外。

脈沖雙星

脈沖(chong)星(xing)(xing)擁有行(xing)星(xing)(xing)的(de)發(fa)現雖(sui)然(ran)看起來顯得意外(wai),在這方面(mian)還(huan)有更加(jia)意外(wai)的(de)發(fa)現,那就是脈沖(chong)雙星(xing)(xing)。

赫爾(er)斯是(shi)個研(yan)究生,他(ta)被當作泰(tai)勒(le)的(de)(de)助手(shou)派(pai)往(wang)波多黎(li)各(ge)的(de)(de)阿雷(lei)西(xi)(xi)博,用(yong)大射(she)電(dian)(dian)望遠鏡(jing)觀測(ce)脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)星,那(nei)是(shi)當時(shi)最好的(de)(de)射(she)電(dian)(dian)望遠鏡(jing),也許正是(shi)使(shi)用(yong)了(le)這個望遠鏡(jing)的(de)(de)原因,他(ta)發現了(le)一(yi)種奇怪的(de)(de)電(dian)(dian)波,這個時(shi)候(hou)距離第一(yi)顆(ke)脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)星的(de)(de)發現僅(jin)僅(jin)過了(le)七年,人們對脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)星的(de)(de)了(le)解還很膚(fu)淺,當時(shi)赫爾(er)斯還不能立刻(ke)確信他(ta)所(suo)看到(dao)的(de)(de)周(zhou)(zhou)期變化就是(shi)事(shi)實,經過反(fan)復觀測(ce)后,他(ta)才確定(ding)該(gai)系統是(shi)雙(shuang)體(ti)。他(ta)把這個消息電(dian)(dian)告泰(tai)勒(le),泰(tai)勒(le)立刻(ke)趕(gan)往(wang)阿雷(lei)西(xi)(xi)博,他(ta)們進一(yi)步(bu)研(yan)究后認為這是(shi)一(yi)個脈(mo)(mo)(mo)沖(chong)雙(shuang)星,并且一(yi)起(qi)確定(ding)了(le)雙(shuang)星的(de)(de)周(zhou)(zhou)期和(he)兩(liang)顆(ke)天體(ti)之間的(de)(de)距離。

于是(shi),第一顆脈(mo)沖(chong)雙星就是(shi)這樣被發(fa)(fa)現(xian)(xian)了,這個發(fa)(fa)現(xian)(xian)在1993年被授予諾貝爾獎(jiang),這樣有關脈(mo)沖(chong)星的發(fa)(fa)現(xian)(xian)就有了兩項諾貝爾獎(jiang)。

雙脈沖星

2003年12月,Nature上(shang)的(de)一篇研究(jiu)報告宣布(bu)發現了脈沖星(xing)PSR J0737-3039,與看起來像是一顆中(zhong)子(zi)星(xing)的(de)恒星(xing)成(cheng)對出現。一個(ge)月后,當來自(zi)澳大利(li)亞Parkes天文望遠鏡的(de)數據被重新分析時,研究(jiu)人員(yuan)發現該中(zhong)子(zi)星(xing)實際上(shang)也(ye)是另一顆脈沖星(xing)。所以(yi)這是第一個(ge)被發現的(de)雙脈沖星(xing)體系,名稱是PSR J0737-3039 A/B。

脈沖雙星與雙脈沖星

脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)雙(shuang)星(xing)(xing)與雙(shuang)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)是有(you)區別的(de)。在(zai)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)雙(shuang)星(xing)(xing)系(xi)統(tong)(tong)(tong)中(zhong),一(yi)(yi)個(ge)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)與另外一(yi)(yi)個(ge)非脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)(可以是中(zhong)子星(xing)(xing)、白矮星(xing)(xing)、甚至是普通(tong)的(de)主序星(xing)(xing))相伴(ban)。在(zai)雙(shuang)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)系(xi)統(tong)(tong)(tong)中(zhong),必須是兩個(ge)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)相伴(ban)。已經發(fa)現的(de)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)雙(shuang)星(xing)(xing)系(xi)統(tong)(tong)(tong)已經有(you)120個(ge),而(er)發(fa)現的(de)雙(shuang)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)星(xing)(xing)系(xi)統(tong)(tong)(tong)只有(you)一(yi)(yi)個(ge)PSRJ0737-3039A/B。

研究意義

由于脈沖(chong)星是在蹋(ta)縮(suo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)超新星的(de)(de)(de)(de)(de)(de)殘骸中發(fa)(fa)現的(de)(de)(de)(de)(de)(de),它(ta)們有助于我們了(le)解星體蹋(ta)縮(suo)時(shi)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)了(le)什么(me)情況。還可(ke)通過對它(ta)們的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究揭(jie)示宇(yu)宙誕生(sheng)(sheng)和演變的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧秘(mi)。而且,隨著時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)推移,脈沖(chong)星的(de)(de)(de)(de)(de)(de)行為方式也會發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)多(duo)種多(duo)樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化。

每顆脈(mo)沖(chong)星(xing)的(de)(de)周期(qi)并非恒定如(ru)一(yi)。我們能(neng)探測到的(de)(de)是中子星(xing)的(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)能(neng)(電(dian)磁輻(fu)射(she)的(de)(de)來源(yuan))。每當脈(mo)沖(chong)星(xing)發射(she)電(dian)磁輻(fu)射(she)后,它(ta)就(jiu)會失去一(yi)部分旋(xuan)轉(zhuan)能(neng),且轉(zhuan)速(su)(su)下降。通過月(yue)復一(yi)月(yue),年(nian)復一(yi)年(nian)地(di)測量它(ta)們的(de)(de)旋(xuan)轉(zhuan)周期(qi),我們可以(yi)精確(que)地(di)推(tui)斷出它(ta)們的(de)(de)轉(zhuan)速(su)(su)降低了多(duo)少、在(zai)演變過程中能(neng)量損失了多(duo)少,甚至(zhi)還能(neng)夠推(tui)斷出在(zai)因轉(zhuan)速(su)(su)太低而無(wu)法(fa)發光之前(qian),它(ta)們還能(neng)生存多(duo)長時(shi)間。

事實還證(zheng)明,每(mei)顆脈沖星(xing)(xing)都有(you)與眾不同之處(chu)。有(you)些亮度(du)極高(gao);有(you)些會發(fa)(fa)生(sheng)星(xing)(xing)震,頃(qing)刻間使轉速陡增;有(you)些在雙星(xing)(xing)軌道(dao)上(shang)有(you)伴星(xing)(xing);還有(you)數十顆脈沖星(xing)(xing)轉速奇(qi)快(高(gao)達每(mei)秒鐘一(yi)千(qian)次)。每(mei)次新發(fa)(fa)現(xian)都會帶(dai)來一(yi)些新的、珍奇(qi)的資(zi)料,科學家(jia)可以利用這些資(zi)料幫助(zhu)我(wo)們了解宇宙。

發現者

喬斯林(lin)·貝爾·博內爾與(yu)1974年諾貝爾物理學(xue)獎無緣

博(bo)內(nei)爾(er)(er)是安東尼·休(xiu)伊什(Antony Hewish)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)生,正是她(ta)(ta)(ta)首次(ci)發現(xian)(xian)了脈沖星(xing)。1968年,她(ta)(ta)(ta)和休(xiu)伊什聯名在(zai)《自然》雜志上公布了這一(yi)發現(xian)(xian)。1973年,她(ta)(ta)(ta)們又共同得到了美國(guo)富蘭克林(lin)管理研究(jiu)院頒發的(de)(de)(de)(de)邁克爾(er)(er)遜(xun)獎章。遺憾的(de)(de)(de)(de)是,就(jiu)在(zai)1974年,當諾貝爾(er)(er)獎第一(yi)次(ci)授予天文學(xue)家時,博(bo)內(nei)爾(er)(er)的(de)(de)(de)(de)導師休(xiu)伊什以(yi)及同事(shi)馬丁·賴爾(er)(er)都榜上有(you)名,但她(ta)(ta)(ta)自己卻被拒(ju)在(zai)諾貝爾(er)(er)的(de)(de)(de)(de)殿(dian)堂(tang)之外。許(xu)多天文學(xue)家對此表示(shi)了憤怒,但也有(you)人認(ren)為(wei)博(bo)內(nei)爾(er)(er)僅僅是做了收(shou)集數(shu)據的(de)(de)(de)(de)工作,而休(xiu)伊什對數(shu)據的(de)(de)(de)(de)解釋才是關鍵(jian)。博(bo)內(nei)爾(er)(er)從(cong)來沒(mei)有(you)去爭論自己的(de)(de)(de)(de)落選,但絕大多數(shu)的(de)(de)(de)(de)報告都顯示(shi),她(ta)(ta)(ta)所做的(de)(de)(de)(de)絕非(fei)僅僅是進(jin)行早(zao)期(qi)的(de)(de)(de)(de)觀察。

近乎瘋狂星球

據國外媒體報(bao)道,美國宇航局消息,錢(qian)德拉X射線(xian)望(wang)遠(yuan)鏡正在跟蹤一個(ge)快速(su)移動的(de)脈沖(chong)星(xing),科(ke)學家(jia)(jia)之所以對其(qi)感興趣,主(zhu)要原因在于這顆脈沖(chong)星(xing)運行(xing)的(de)速(su)度非常快,甚(shen)至在與伴星(xing)構成(cheng)的(de)物(wu)質(zhi)(zhi)盤上撞出了一個(ge)大(da)洞,同時(shi)導致物(wu)質(zhi)(zhi)盤上的(de)某塊碎(sui)片以每小時(shi)400萬(wan)英(ying)里(li)(約每小時(shi)640萬(wan)公里(li))的(de)速(su)度脫離系(xi)統。在錢(qian)德拉X射線(xian)望(wang)遠(yuan)鏡觀(guan)(guan)測期間,這塊被分離的(de)物(wu)質(zhi)(zhi)似乎加快了速(su)度,NASA科(ke)學家(jia)(jia)認為這是一次難得的(de)觀(guan)(guan)測機會,可(ke)研究脈沖(chong)星(xing)雙星(xing)系(xi)統的(de)行(xing)為。

這個(ge)(ge)雙(shuang)星(xing)(xing)(xing)系統由一(yi)顆脈沖(chong)星(xing)(xing)(xing)和(he)一(yi)顆質量為(wei)30倍太陽質量的恒(heng)(heng)星(xing)(xing)(xing)構成(cheng),是典(dian)型(xing)的大質量恒(heng)(heng)星(xing)(xing)(xing)與(yu)脈沖(chong)星(xing)(xing)(xing)的系統,被(bei)命名為(wei)PSR B1259-63/LS 2883,簡稱B1259。脈沖(chong)星(xing)(xing)(xing)可(ke)發出非常規律的脈沖(chong)信號(hao),每秒旋轉20次(ci),同時有一(yi)個(ge)(ge)高橢圓軌道運動(dong),快速旋轉脈沖(chong)星(xing)(xing)(xing)的強大磁場與(yu)高能粒(li)子結(jie)合后(hou)可(ke)形成(cheng)接近光速的脈沖(chong)星(xing)(xing)(xing)風。來自賓夕法(fa)尼亞州立大學的科學家喬治-帕夫洛夫認為(wei),我們目睹了一(yi)些特別的東西,當脈沖(chong)星(xing)(xing)(xing)快速移動(dong)時,將系統物質盤(pan)的材料踢出。

大約(yue)每41個(ge)月,脈沖(chong)星會非常(chang)接近這(zhe)(zhe)顆(ke)大質量恒星,并穿(chuan)過恒星周(zhou)圍的(de)(de)物質盤,于是(shi)拆(chai)解這(zhe)(zhe)個(ge)物質盤的(de)(de)行動(dong)由此開(kai)始。整個(ge)物質盤的(de)(de)體積相(xiang)(xiang)當于太陽(yang)系的(de)(de)100倍,跨度非常(chang)大,但也相(xiang)(xiang)當薄,如果將這(zhe)(zhe)些物質做個(ge)等量類比,大約(yue)與地球(qiu)海(hai)洋所有(you)的(de)(de)水相(xiang)(xiang)當。喬治(zhi)-華(hua)盛(sheng)頓大學的(de)(de)另一位(wei)科學家奧(ao)列格是(shi)本(ben)論文(wen)的(de)(de)合(he)著者(zhe),他認為脈沖(chong)星風正在(zai)加快,仿佛(fo)有(you)個(ge)加速的(de)(de)推力作用于此。

B1259系統距(ju)離我們大約(yue)7500光年(nian),錢德拉X射(she)線望遠鏡在2011年(nian)12月和2014年(nian)2月已(yi)經對(dui)其(qi)進行(xing)了觀(guan)測,物質(zhi)飛離系統的(de)(de)平(ping)均速(su)(su)度接近光速(su)(su)7%,目前已(yi)經增(zeng)加(jia)到光速(su)(su)的(de)(de)15%。顯然脈(mo)沖(chong)星的(de)(de)強大風(feng)暴讓物質(zhi)的(de)(de)速(su)(su)度增(zeng)加(jia),最終伴(ban)星周圍(wei)的(de)(de)物質(zhi)盤(pan)會被整個剝離。在錢德拉X射(she)線的(de)(de)觀(guan)測計劃中還將(jiang)繼續對(dui)B1259系統進行(xing)觀(guan)測,本項(xiang)研究發表在2015年(nian)6月20日的(de)(de)《天體物理學》雜志(zhi)上(shang)。

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11月10日7時42分,我國在酒泉衛星(xing)發射中(zhong)(zhong)心用長征十一(yi)號運載火箭(jian),成功發射了脈(mo)(mo)沖(chong)星(xing)試驗(yan)衛星(xing)。該星(xing)主要用于(yu)驗(yan)證(zheng)脈(mo)(mo)沖(chong)星(xing)探測器性能指標和空(kong)間環境適應性,積累在軌(gui)試驗(yan)數據,為脈(mo)(mo)沖(chong)星(xing)探測體(ti)制驗(yan)證(zheng)奠定(ding)技術基(ji)礎。脈(mo)(mo)沖(chong)星(xing)被稱作宇宙(zhou)中(zhong)(zhong)的(de)燈(deng)塔,它(ta)們(men)特征明(ming)顯(xian)、易于(yu)辨識,在宇宙(zhou)中(zhong)(zhong)的(de)定(ding)位(wei)位(wei)置(zhi)比較(jiao)精準。

脈沖(chong)星試(shi)驗(yan)衛(wei)星屬(shu)于太陽同步軌(gui)(gui)(gui)道衛(wei)星,衛(wei)星入軌(gui)(gui)(gui)后(hou),將開展在軌(gui)(gui)(gui)技(ji)術試(shi)驗(yan),驗(yan)證星載脈沖(chong)星探測(ce)器性能(neng)指(zhi)標和空間環境適應性,積累在軌(gui)(gui)(gui)實測(ce)脈沖(chong)星數據,為脈沖(chong)星探測(ce)及技(ji)術體制驗(yan)證奠定技(ji)術基礎。

脈沖星(xing)和(he)快速射電暴距離研究(jiu)獲(huo)進展

天(tian)(tian)文(wen)研(yan)(yan)究中,測量(liang)天(tian)(tian)體到(dao)地球的(de)距離(li)(li)通常很困難(nan),但(dan)距離(li)(li)是最基(ji)本的(de)參數(shu)(shu)。脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)距離(li)(li)是進一(yi)步研(yan)(yan)究脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)起(qi)源(yuan)、演化、分(fen)(fen)布以(yi)及(ji)輻射特性等所需最基(ji)本的(de)參數(shu)(shu)。目前已發(fa)現的(de)兩千多顆脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)中僅約有十分(fen)(fen)之一(yi)的(de)脈(mo)沖(chong)(chong)星(xing)具有測量(liang)距離(li)(li)(不依賴于(yu)模型(xing)的(de)距離(li)(li))。近年來(lai),快(kuai)(kuai)速(su)射電(dian)(dian)暴(bao)是天(tian)(tian)文(wen)觀測中發(fa)現的(de)一(yi)類起(qi)源(yuan)未知的(de)、色散量(liang)較大的(de)、持續(xu)時間為(wei)毫(hao)秒級的(de)射電(dian)(dian)脈(mo)沖(chong)(chong)。快(kuai)(kuai)速(su)射電(dian)(dian)暴(bao)的(de)距離(li)(li)對分(fen)(fen)析其起(qi)源(yuan)以(yi)及(ji)與銀河系(xi)的(de)位置關(guan)系(xi)(河內源(yuan)或河外源(yuan))非常重要。已探測到(dao)的(de)17個(ge)快(kuai)(kuai)速(su)射電(dian)(dian)暴(bao)中有紅(hong)移(yi)測量(liang)的(de)僅為(wei)兩個(ge)。

脈(mo)沖(chong)(chong)星發(fa)(fa)現(xian)不(bu)久,科學家(jia)發(fa)(fa)現(xian)使用脈(mo)沖(chong)(chong)星測(ce)量(liang)距離(li)以及色(se)(se)散量(liang)(DM)可構建銀(yin)河(he)系的(de)電(dian)子(zi)密(mi)度(du)模(mo)型(xing)(xing)。應用此模(mo)型(xing)(xing)可估測(ce)所有具(ju)有色(se)(se)散量(liang)測(ce)量(liang)的(de)銀(yin)河(he)系內脈(mo)沖(chong)(chong)星的(de)距離(li),且模(mo)型(xing)(xing)距離(li)的(de)精度(du)極大(da)依賴于已知距離(li)測(ce)量(liang)的(de)脈(mo)沖(chong)(chong)星數(shu)目、準確度(du)。最近的(de)銀(yin)河(he)系電(dian)子(zi)密(mi)度(du)模(mo)型(xing)(xing)是NE2001模(mo)型(xing)(xing),此模(mo)型(xing)(xing)主(zhu)要描(miao)述了銀(yin)河(he)系內自由電(dian)子(zi)密(mi)度(du)的(de)分布。

近(jin)(jin)期,中國科學(xue)院新(xin)疆天(tian)文臺博士生姚菊枚構建了新(xin)的(de)電子密度(du)模(mo)型(xing)(xing)(簡稱(cheng)YMW16)。相對(dui)(dui)已有模(mo)型(xing)(xing),通過近(jin)(jin)十多年觀(guan)測,YMW16具(ju)備以下有利條件(jian):一(yi)、具(ju)有測量距離的(de)脈沖星(xing)數(shu)目(mu)增加(jia)了一(yi)倍,且(qie)銀河(he)系(xi)結構參數(shu)精度(du)提(ti)(ti)高(gao);二、麥哲倫(lun)(lun)云脈沖星(xing)數(shu)目(mu)增加(jia),對(dui)(dui)麥哲倫(lun)(lun)云結構認(ren)識得到提(ti)(ti)高(gao);三、發現快(kuai)速(su)射電暴,研究了星(xing)系(xi)際介質自由電子密度(du)的(de)分布。研究人員緊(jin)抓時機,提(ti)(ti)出的(de)YMW16不(bu)僅提(ti)(ti)高(gao)了銀河(he)系(xi)脈沖星(xing)模(mo)型(xing)(xing)距離精度(du),在(zai)(zai)95%的(de)置信區(qu)間范圍內(nei)優于(yu)(yu)NE2001近(jin)(jin)40%,且(qie)是第一(yi)個可用于(yu)(yu)估測麥哲倫(lun)(lun)云脈沖星(xing)及(ji)快(kuai)速(su)射電暴距離的(de)模(mo)型(xing)(xing)。姚菊玫(mei)在(zai)(zai)澳大利亞天(tian)文臺教授R. N. Manchester與導(dao)師王娜的(de)指導(dao)下,完成這項工作(zuo)。相關研究成果已發表在(zai)(zai)《天(tian)體(ti)物理學(xue)雜志》(The Astrophysical Journal,2017, 835, 29)上(shang)。

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