脈沖星 -有107—109T強磁場的快速自轉中子星

脈沖星

有107—109T強磁場的快速自轉中子星
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脈沖星,就是變星的一種。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,發現狐狸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。

中國于2016年11月擇機發射首顆脈沖星導航試驗衛星(XPNAV-1),實測脈沖星發射的X射線信號,嘗試驗證脈沖星導航技術體製的可行性。

中國于2016年11月10日7時42分,在酒泉衛星發射中心用長征十一號運載火箭,成功發射脈沖星試驗衛星。嘗試驗證星載脈沖星探測器性能指標和空間環境適應性。

  • 中文名稱
    脈沖星
  • 拼音
    mai chong xing
  • 實質
    變星的一種
  • 發現時間
    1967年
  • 名稱由來
    不斷地發出電磁脈沖信號

定義介紹

脈沖星脈沖星

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20千米左右,自轉極快。

人們最早認為恆星是永遠不變的。而大多數恆星的變化過程是如此的漫長,人們也根本覺察不到。然而,並不是所有的恆星都那麽平靜。後來人們發現,有些恆星也很"調皮",變化多端。于是,就給那些喜歡變化的恆星起了個專門的名字,叫"變星"。

脈沖星發射的射電脈沖的周期性非常有規律。一開始,人們對此很困惑,甚至曾想到這可能是外星人在向我們發電報聯系。據說,第一顆脈沖星就曾被叫做"小綠人一號"。

經過幾位天文學家一年的努力,終于證實,脈沖星就是正在快速自轉的中子星。而且,正是由于它的快速自轉而發出射電脈沖蟹狀星雲脈沖星的X射線/可見光波段合成圖像。

正如地球有磁場一樣,恆星也有磁場;也正如地球在自轉一樣,恆星也都在自轉著;還跟地球一樣,恆星的磁場方向不一定跟自轉軸在同一直線上。這樣,每當恆星自轉一周,它的磁場就會在空間劃一個圓,而且可能掃過地球一次。

那麽豈不是所有恆星都能發脈沖了?其實不然,要發出像脈沖星那樣的射電信號,需要很強的磁場。而隻有體積越小、質量越大的恆星,它的磁場才越強。而中子星正是這樣高密度的恆星。

另一方面,當恆星體積越大、質量越大,它的自轉周期就越長。我們很熟悉的地球自轉一周要二十四小時。而脈沖星的自轉周期竟然小到0.0014秒!要達到這個速度,連白矮星都不行。這同樣說明,隻有高速旋轉的中子星,才可能扮演脈沖星的角色。

特徵介紹

脈沖星發射射電脈沖

快速旋轉的脈沖星快速旋轉的脈沖星

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度。

直到脈沖星被發現後,經過計算,它的脈沖強度和頻率隻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,脈沖星的發現,被稱為二十世紀六十年代的四大天文學重要發現之一。

脈沖星是20世紀60年代天文的四大發現之一。至今,脈沖星已被我們找到了不少于1620多顆,並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徵--短而穩定的脈沖周期。所謂脈沖就是像人的脈搏一樣,一下一下出現短促的無線電訊號,如貝爾發現的第一顆脈沖星,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)。那麽,這樣有規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。那為什麽自轉能形成脈沖呢?原理就像我們乘坐輪船在海裏航行,看到過的燈塔一樣。構想一座燈塔總是亮著且在不停地有規則運動,燈塔每轉一圈,由它視窗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的脈沖。脈沖這種現象,也就叫"燈塔效應"。脈沖的周期其實就是脈沖星的自轉周期。

然而燈塔的光隻能從視窗射出來,是不是說脈沖星也隻能從某個"視窗"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(如太陽)發光不一樣,太陽表面到處發亮,中子星則隻有兩個相對著的小區域才能輻射出來,其他地方輻射是跑不出來的。即是說中子星表面隻有兩個亮斑,別處都是暗的。這是什麽原因呢?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,使中子星輻射隻能沿著磁軸方向,從兩個磁極區出來,這兩磁極區就是中子星的"視窗"。

中子星的輻射從兩個"視窗"出來後,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則的脈沖信號。

燈塔模型是現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,但並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的發現,讓人們欣喜若狂。它是由兩個脈沖星形成的雙星系統。能夠發現雙脈沖星系統,確實是非常幸運的事情。對PSRJ0737-3039A進行計算以後,科學家預言它的脈沖輪廓形狀會發生較快的演化,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。

脈沖原因

盡管還沒有十分有力的證據,但是全世界的脈沖星專家都相信,脈沖星並非或明或暗地閃爍發光,而是發射出恆定的能量流。隻是這一能量就像手電筒的光線那樣匯聚成一束非常窄的光束,從星體的磁極發射出來。中子星的磁軸與旋轉軸之間成一定角度(這與地球的磁北極地理北極位置略有不同一樣)。星體旋轉時,這一光束就象燈塔的光束或救護車警燈一樣,掃過太空。隻有當此光束直接照射到地球時,我們才能用某些望遠鏡探測到脈沖星的信號。這樣一來,恆流的光束就變成了脈沖光。

幾乎所有的專家都相信上述這種燈塔模型。但是也有"離經叛道"的不同意見被提了出來。新的觀點認為脈沖星的發光不是源自它的磁極,而是來自它的周圍。同時認為,脈沖星發出脈沖光是因為它的磁場在高速地翻轉振蕩,激變的磁場造成星體周圍出現了極高的感生電場。這個感生電場的峰值出現在磁場過零點附近,並且加速帶電粒子使其發出同步輻射。這就可以解釋脈沖信號的產生機理。

磁場振蕩模型的優點在于有太陽這個低頻振蕩的樣板。我們知道,太陽磁場的方向每過11年就會翻轉一次,如果太陽塌縮成了中子星,它的自轉周期可以縮短到秒級甚至毫秒級,同時,它的磁場翻轉周期也可能達到毫秒級。電磁振蕩模型遇到的問題在于如下疑問:星體的磁場真的能那麽快地翻轉嗎?當然,燈塔模型也有它的問題:磁鐵高速旋轉的時候,真的能從磁極發光嗎?

脈沖信號的輻射,曾經被認為是中子星的極端磁場的特有行為。但是後來人們發現,在某些主序星上,比如超冷星TVLM 513-46546和化學特殊星CU Virginis,都發現了非常相似的脈沖輻射,而這些星體的磁場都很低(數千高斯)。這對磁場震蕩模型是有利的。因為磁場震蕩模型降低了對磁場強度的要求。

絕大多數的脈沖星可以在射電波段被觀測到。少數的脈沖星也能在可見光、X射線甚至γ射線波段內被觀測到,例如著名的蟹狀脈沖星就可以在射電到γ射線的各個波段內被觀測到。

發現過程

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·貝爾檢測射電望遠鏡收到的信號時無意中發現了一些有規律的脈沖信號,它們的周期十分穩定,為1.337秒。起初她 以為這是外星人"小綠人(LGM)"發來的信號,但在接下來不到半年的時間裏,又陸陸續續發現了數個這樣的脈沖信號。後來人們確認這是一類新的天體,並把它命名為脈沖星(Pulsar,又稱波霎)。脈沖星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子一道,並稱為20世紀60年代天文學"四大發現"。安東尼·休伊什教授本人也因脈沖星的發現而榮獲1974年的諾貝爾物理學獎,盡管人們對貝爾小姐未能獲獎而頗有微詞。

一顆年輕脈沖星一顆年輕脈沖星

1997年拍攝的美國電影《逾時空接觸》(Contact)中女主角破譯了來自外太空的有規律的信號,並據此製成了特殊的機器。但第一次確定乘坐機器與外星智慧聯系的人選時,卻沒有選她。這段情節被認為是影射了貝爾小姐沒有獲得諾貝爾獎的事情。

15歲女生發現新脈沖星

一名西維吉尼亞的高中學生,使用來自綠灣射電天文望遠鏡(Robert C. Byrd Green Bank Telescope,簡寫GBT)的資料,發現了一個新脈沖星。 Shay Bloxton,15歲,參與了一個讓學生分析射電望遠鏡資料的項目,于2009年10月15日發現了一個可能是脈沖星的天體。她和NRAO天文台的天文學家在一個月後再次觀察了該天體,證實它確實是一顆脈沖星。Bloxton表示十分興奮,她在11月份前往綠灣,參加跟蹤觀察。她所參與的項目叫Pulsar Search Collaboratory(PSC),是美國國家射電天文台和西維吉尼亞大學的聯合項目。科學家首次發現脈沖星是在1967年。去年末,另一名來自South Harrison高中的西維吉尼亞學生,也在參與PSC項目時發現了一個類似脈沖星的天體。

特征介紹

脈沖星2009-PSR004脈沖星2009-PSR004

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並不重合,每當射電波束掃過地球時,就接收到一個脈沖。

恆星在演化末期,缺乏繼續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(約數倍太陽質量)的恆星坍縮後依靠電子簡並壓力與引力相抗衡,成為白矮星,而在質量比這還大的恆星裏面,電子被壓入原子核,形成中子,這時候恆星依靠中子的簡並壓與引力保持平衡,這就是中子星。典型中子星的半徑隻有幾公裏到十幾公裏,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釐米上億噸。由于恆星在坍縮的時候角動量守恆,坍縮成半徑很小的中子星後自轉速度往往非常快。又因為恆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,而電磁波隻能從磁極的位置發射出來,形成圓錐形的輻射區。

在一對脈沖星中觀測到的自旋進動在一對脈沖星中觀測到的自旋進動

此為在持脈沖星便是中子星的證據中,其中一個便是我們在蟹狀星雲(M1;原天關客星,SN 1054)確實也發現了一個周期約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鍾。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,已發現1000顆脈沖星。

毫秒脈沖星

20世紀80年代,由發現了一類所謂的毫秒脈沖星,它們的周期太短了,隻有毫秒量級,之前的儀器雖然能探測到,但是很難將脈沖分辨出來。研究發現毫秒脈沖星並不年輕,這就對傳統的"周期越短越年輕"的理論提出了挑戰。進一步的研究發現毫秒脈沖星與密近雙星有關。

著名的脈沖星

人類發現的第一顆脈沖星:PSR1919+21,也就是上文貝爾小姐發現的那顆脈沖星,位于狐狸座方向,周期為1.33730119227秒。

人類發現的第一顆脈沖雙星:PSR B1913+16

人類發現的第一顆毫秒脈沖星:PSR B1937+21

人類發現的第一顆帶有行星系統的脈沖星:PSR B1257+12

人類發現的第一顆雙脈沖星系統:PSRJ0737-3039

命名規則

脈沖星的命名由脈沖星英文pulsar的縮寫PSR加上其赤經赤緯坐標組成。如PSR B1937+21,1937是指該脈沖星位于赤經19 37 ,+21是指其位于赤緯+21°,B意味著赤經赤緯值是歸算到歷元1950年的值。此外,J則表示赤經赤緯值是歸算到歷元2000年的值。

有關故事

脈沖星被認為是"死亡之星",是恆星在超新星階段爆發後的產物。超新星爆發之後,就隻剩下了一個"核",僅有幾十公裏大小,它的旋轉速度很快,有的甚至可以達到每秒714圈。在旋轉過程中,它的磁場會使它形成強烈的電波向外界輻射,脈沖星就像是宇宙中的燈塔,源源不斷地向外界發射電磁波,這種電磁波是間歇性的,而且有著很強的規律性。正是由于其強烈的規律性,脈沖星被認為是宇宙中最精確的時鍾。

脈沖星的存在是過去人們沒有預料到的,它的性質如此奇特,以至于人們在對它的認識過程中產生了很多故事。

發現脈沖星

脈沖星剛發現的時候,人們以為那是外星人向我們發射的電磁波,他們在尋求宇宙中的知音。

1967年,英國劍橋新增造了射電望遠鏡,這是一種新型的望遠鏡,它的作用是觀測射電輻射受行星際物質的影響。整個裝置不能移動,隻能依靠各天區的周日運動進入望遠鏡的視場而進行逐條掃描。1967年7月,這台儀器正式投入使用,接受波長為3.7米。用望遠鏡觀測並擔任繁重記錄處理的是休伊什的女博士研究生喬斯琳·貝爾。在觀測的過程中,細心的貝爾小姐發現了一系列的奇怪的脈沖,這些脈沖的時間間距精確的相等。貝爾小姐立刻把這個訊息報告給她的導師休伊什,休伊什認為這是受到了地球上某種電波的影響。但是,第二天,也是同一時間,也是同一個天區,那個神秘的脈沖信號再次出現。這一次可以證明,這個奇怪的信號不是來自于地球,它確實是來自于天外。

這是不是外星人向我們發出的文明信號呢,新聞媒體對這個問題投入了極大的熱情,不久,貝爾又發現了天空中的另外幾個這樣的天區,最後終于證明,這是一種新型的還不被人們認識的天體--脈沖星。1974年,這項新發現獲得了諾貝爾物理獎,獎項頒給了休伊什,以獎勵他所領導的研究小組發現了脈沖星。令人遺憾的是,脈沖星的直接發現者,喬斯琳.貝爾小姐不在獲獎人員之列。事實上,在脈沖星的發現中,起關鍵作用的應該是貝爾小姐的嚴謹的科學態度和極度細心的觀測。

中學生發現脈沖星

從事天文研究的都是專業天文學家,他們有豐富的研究經驗,也有專業的研究設備,所以他們可以取得驕人的成績。但是,在脈沖星的發現歷史上,卻有著一個特別的例子,這個例子就是三名中學生發現了一顆脈沖星。通常情況下,超新星爆發後,會在原來的遺址上留下來一顆恆星的殘骸,這樣的殘骸很可能就是脈沖星,但是,科學家沒有註意到這個問題,卻讓三名中學生發現了。于是,這三個中學生獲得了西門子-西屋科學和技術競賽大獎。

PSR J0737-3039A/B雙脈沖星系統PSR J0737-3039A/B雙脈沖星系統

在美國北卡羅來納州,有三名中學生,他們都是天文發燒友,經常在一起探討天文問題,錢德拉塞卡空間望遠鏡發回的資料引起了他們的興趣,他們發現在IC443的超新星遺跡有些特別,似乎有一個點狀的X射線源存在,這表明那裏很可能會有一顆脈沖星。他們把這個訊息報告給了專業天文學家。結果,這個發現獲得了專家的認可,麻省理工學院脈沖星專家布賴恩博士對這些中學生的成果評價說:"這是一個實實在在的科學發現。有關人員都應該對此成就感到驕傲。"

脈沖星實在是一種奇異的天體,人們對它的各種特徵還沒有完全了解,很多發現都是事先沒有預料到的。隨著人們對它的了解越來越多,這方面的理論建設也就會越來越完善,故事也許不會再發生。

那是1967年8月,劍橋射電天文台的女研究生貝爾在紛亂的記錄紙帶上察覺到一個奇怪的"幹擾"信號,經多次反復鑽研,她成功地識別:地球每隔1.33秒接收到一個極其規則的脈沖。得知這一驚人訊息,她的導師休伊什曾懷疑這可能是外星人--"小綠人"--發出的摩爾斯電碼,他們可能在向地球問候。但是,進一步的測量表明,這個天體發出脈沖的頻率精確得令人難以置信,並沒有電碼的明顯豐富信息。接下來,貝爾又找出了另外3個類似的源,所以排除了外星人信號,因為不可能有三個"小綠人"在不同方向、同時向地球發射穩定頻率信號。再經過認真仔細研究,1968年2月,貝爾和休伊什聯名在英國《自然》雜志上報告了新型天體--脈沖星的發現,並認為脈沖星就是物理學家預言的超級致密的、接近黑洞的奇異天體,其半徑大約10公裏,其密度相當于將整個太陽壓縮到北京市區的範圍,因此具有超強的引力場。桌球大小的脈沖星物質相當于地球上一座山的重量。這是20世紀激動人心的重大發現,為人類探索自然開闢了新的領域,而且對現代物理學的發展產生了深遠影響,成為上世紀60年代天文學的四大發現之一。

然而,榮譽出現了歸屬爭議。1974年諾貝爾物理學獎桂冠隻戴在導師休伊什的頭上,完全忽略了學生貝爾的貢獻,輿論一片嘩然。英國著名天文學家霍伊爾爵士在倫敦《泰晤士報》發表談話,他認為,貝爾應同休伊什共享諾貝爾獎,並對諾貝爾獎委員會授獎前的調查工作欠周密提出了批評,甚至認為此事件是諾貝爾獎歷史上一樁醜聞、性別歧視案。霍伊爾還認為,貝爾的發現是非常重要的,但她的導師竟把這一發現扣壓半年,從客觀上講就是一種盜竊。更有學者指出,"貝爾小姐作出的卓越發現,讓她的導師休伊什贏得了諾貝爾物理獎"。著名天文學家曼徹斯特和泰勒所著《脈沖星》一書的扉頁上寫道:"獻給喬瑟琳·貝爾,沒有她的聰明和執著,我們不能獲得脈沖星的喜悅。"

關于脈沖星真正發現者的爭論和對諾貝爾獎委員會的質疑,已經歷了40年。40年後的今天,它再次成為關註話題。回首往事,作為導師的休伊什獲得了諾貝爾獎,無可厚非,但貝爾失去殊榮,卻令人感到惋惜。如果沒有貝爾對"幹擾"信號一絲不苟的追究,他們可能錯過脈沖星的發現。若把諾貝爾獎"競賽"比作科學"奧運會",那麽,40年前的"裁判"們顯然吹了"黑哨",至少是誤判,這玷污了諾貝爾獎的科學公正權威性。

貝爾訪問北京期間,筆者與她談起脈沖星的發現經歷和對諾貝爾獎的看法,她說,脈沖星發現後不久,她就被迫離開了劍橋大學。沉默稍許,她直言,上世紀60年代,科學機構普遍存在忽視學生貢獻的傾向,特別是女學生。導師經常以"上級領導"自居,將學生成果竊為己有,然後想辦法把學生一腳踢開。然而,1993年,兩位美國天文學家因發現脈沖星雙星而榮獲諾貝爾獎時,諾貝爾獎委員會格外精心,邀請貝爾參加了頒獎儀式,算是一種補償吧。1968年,離開劍橋後,她和休伊什沒有再合作,直到上世紀80年代,他們才在一次國際會議上相見,並握手言和。脈沖星發現以來,除了諾貝爾獎,她榮獲了十幾項世界級科學獎,並成為科學大使。

最愚蠢的一腳

就在貝爾小姐發現射電脈沖之前,有位物理學家也把他的射電望遠鏡對準了太空,他觀測的位置是獵戶座的一個脈沖星,他發現自動記錄儀在發生著顫抖,這種顫抖是有一定規律可循的,但是他並沒有留意這種情況,他以為自己的設備出了什麽毛病,于是,他對著儀器輕輕地踢了一腳,儀器的顫抖消失了,他就是這樣與發現脈沖星的桂冠擦肩而過,與他一起擦肩而過的,還有一筆諾貝爾獎金。

這最愚蠢的一腳,使他終身難忘,後悔不已。他向貝爾小姐講述了自己的故事。但他卻不願意透露自己的身份。所以直到今天,也沒有人知道這位射電天文學家是誰。

搖擺舞

雖然脈沖星不是外星人發射的信號,但是人們依然對外星人極感興趣,人們認為,如果有外星人的話,他們應該在一顆行星上,于是,尋找太陽系以外的行星的工作就從來沒有停止過,許多人在這條道路上艱難的向前摸索著,他們被稱為獵星人。第一個發現太陽系以外行星的不是這些獵星人,而是一位研究脈沖星的科學家。

安德魯·林恩(也有人譯作 萊恩)是全球發現脈沖星最多的人。林恩發現了一類奇怪的脈沖星,其脈沖總是會早到或晚到地球幾毫秒,這種情況每半年就出現一次,仿佛是脈沖星一會兒朝著我們而來,一會兒又離開我們而去,脈沖星好像是在跳搖擺舞。他把自己的這一發現發表在了著名的科學雜志《自然》上面,結果立即震驚了學術界。真是令人難以置信,林恩在偶然間發現了脈沖星被行星引力牽引在跳搖擺舞,這種搖擺的證據表明,在這顆脈沖星的周圍,有行星圍繞著它運行。這個發現讓那些獵星人極感興趣。

就在安德魯·林恩即將在美國天文學年會上發言前夕,為了充分準備他的研究資料,他開始重新檢查並修正有關資料,但是這個時候,他卻突然發現自己犯了一個錯誤:他所發現的"搖擺",其實隻是地球自身在環繞太陽運行過程中所產生的"搖擺"。由于電腦出錯,先前未能考慮到這一因素,所以才出現了脈沖星"搖擺"的錯誤結論。林恩一下子呆了,他開始為自己的愚蠢後悔不已,最後,他終于作出了痛苦的選擇,必須公開承認這一重大失誤。

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。

脈沖雙星

脈沖星擁有行星的發現雖然看起來顯得意外,在這方面還有更加意外的發現,那就是脈沖雙星。

赫爾斯是個研究生,他被當作泰勒的助手派往波多黎各的阿雷西博,用大射電望遠鏡觀測脈沖星,那是當時最好的射電望遠鏡,也許正是使用了這個望遠鏡的原因,他發現了一種奇怪的電波,這個時候距離第一顆脈沖星的發現僅僅過了七年,人們對脈沖星的了解還很膚淺,當時赫爾斯還不能立刻確信他所看到的周期變化就是事實,經過反復觀測後,他才確定該系統是雙體。他把這個訊息電告泰勒,泰勒立刻趕往阿雷西博,他們進一步研究後認為這是一個脈沖雙星,並且一起確定了雙星的周期和兩顆天體之間的距離。

于是,第一顆脈沖雙星就是這樣被發現了,這個發現在1993年被授予諾貝爾獎,這樣有關脈沖星的發現就有了兩項諾貝爾獎。

雙脈沖星

2003年12月,Nature上的一篇研究報告宣布發現了脈沖星PSR J0737-3039,與看起來像是一顆中子星的恆星成對出現。一個月後,當來自澳大利亞Parkes天文望遠鏡的資料被重新分析時,研究人員發現該中子星實際上也是另一顆脈沖星。所以這是第一個被發現的雙脈沖星體系,名稱是PSR J0737-3039 A/B。

脈沖雙星與雙脈沖星

脈沖雙星雙脈沖星是有區別的。在脈沖雙星系統中,一個脈沖星與另外一個非脈沖星(可以是中子星、白矮星、甚至是普通的主序星)相伴。在雙脈沖星系統中,必須是兩個脈沖星相伴。已經發現的脈沖雙星系統已經有120個,而發現的雙脈沖星系統隻有一個PSRJ0737-3039A/B。

研究意義

由于脈沖星是在蹋縮的超新星的殘骸中發現的,它們有助于我們了解星體蹋縮時發生了什麽情況。還可通過對它們的研究揭示宇宙誕生和演變的奧秘。而且,隨著時間的推移,脈沖星的行為方式也會發生多種多樣的變化。

每顆脈沖星的周期並非恆定如一。我們能探測到的是中子星的旋轉能(電磁輻射的來源)。每當脈沖星發射電磁輻射後,它就會失去一部分旋轉能,且轉速下降。通過月復一月,年復一年地測量它們的旋轉周期,我們可以精確地推斷出它們的轉速降低了多少、在演變過程中能量損失了多少,甚至還能夠推斷出在因轉速太低而無法發光之前,它們還能生存多長時間。

事實還證明,每顆脈沖星都有與眾不同之處。有些亮度極高;有些會發生星震,頃刻間使轉速陡增;有些在雙星軌道上有伴星;還有數十顆脈沖星轉速奇快(高達每秒鍾一千次)。每次新發現都會帶來一些新的、珍奇的資料,科學家可以利用這些資料幫助我們了解宇宙。

發現者

喬斯林·貝爾·博內爾與1974年諾貝爾物理學獎無緣

博內爾是安東尼·休伊什(Antony Hewish)的研究生,正是她首次發現了脈沖星。1968年,她和休伊什聯名在《自然》雜志上公布了這一發現。1973年,她們又共同得到了美國富蘭克林管理研究院頒發的邁克爾遜獎章。遺憾的是,就在1974年,當諾貝爾獎第一次授予天文學家時,博內爾的導師休伊什以及同事馬丁·賴爾都榜上有名,但她自己卻被拒在諾貝爾的殿堂之外。許多天文學家對此表示了憤怒,但也有人認為博內爾僅僅是做了收集資料的工作,而休伊什對資料的解釋才是關鍵。博內爾從來沒有去爭論自己的落選,但絕大多數的報告都顯示,她所做的絕非僅僅是進行早期的觀察。

探索歷程

中國于2016年11月10日7時42分,在酒泉衛星發射中心用長征十一號運載火箭,成功發射脈沖星試驗衛星。嘗試驗證星載脈沖星探測器性能指標和空間環境適應性,積累在軌實測脈沖星資料,為脈沖星探測及技術體製驗證奠定技術基礎。​

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