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以质量为 1.5 到 2 个太阳的巨像为例。把它压缩到几公里的直径，这样一立方厘米的物质就重达上亿吨。添加宇宙中最强大的磁场。将自己包裹在以接近光速移动的粒子的气氛中。裸体科学解释了你可以用它做什么。  ASKAP/(c)CSIRO 射电望远镜天线。 最近，天文学家发现了位于我们银河系外的所有脉冲星中最亮的一颗，并且通常是最亮的脉冲星之一。令人惊讶的是，这个物体多年来一直在天文学家面前，但没有人猜到它的性质。寻找脉冲星的一种不同寻常的方法有助于确定真相。 下面我们将详细描述脉冲星是什么以及它们与什么一起食用。这些是宇宙中一些最奇特的物体，绝对值得一提！同时，让我们简要回顾一下脉冲星（更准确地说是射电脉冲星）是具有强大磁场的中子星。我们稍后将讨论的原因将其变成了发射严格周期信号的空间无线电信标。 中子星是大自然本身为物理学家安排的不可或缺的实验室。人类无法再现每立方厘米数亿吨的物质密度，也无法再现数十亿特斯拉的磁场。因此，天文观测是检查物质在这种条件下如何表现的唯一方法。 但它不在那里。中子星，除了极少数例外，对传统（光学）望远镜几乎是不可见的。事实是这些是真正的碎屑：它们的直径以几公里为单位。比较一下：太阳的直径几乎是 140 万公里！所以观察脉冲星是研究中子星的极少数方法之一。 脉冲星还可以用于“国民经济”，例如导航和计时。 根据理论家的说法，我们银河系中应该有数万甚至数十万颗脉冲星。我们的射电望远镜还不足以探测到它们。观测者只知道几千颗脉冲星。在其他星系中寻找这样的天体更加困难，迄今为止发现得很少。 新发现的脉冲星 PSR J0523-7125 位于银河系的卫星星系大麦哲伦星云中。就通量密度（粗略地说，亮度）而言，它是该星系之前“记录保持者”的两倍多。 当然，观察者早就知道这样一个明亮的物体。然而，没有人怀疑它是一颗脉冲星：它被一致误认为是一个遥远的背景星系。到目前为止，与澳大利亚 ASKAP 射电望远镜合作的天文学家还没有使用不寻常的方法来搜索脉冲星。 他们没有利用脉冲星最明显的特性——信号的周期性。相反，科学家们寻找具有强圆极化的无线电波源。这是脉冲星的另一个标志，然而，它很少用于搜索它们。 在发现 PSR J0523-7125 后，天文学家使用南非 MeerKAT 望远镜对其进行了观测。因此，他们发现了令人垂涎的周期性脉冲。那些异常长。对于绝大多数脉冲星，脉冲仅持续 1-5% 的周期（脉冲之间的间隔）。而对于 PSR J0523-7125，这一份额高达 35%。形象地说，这不是“峰 ... 峰 ... 峰 ...”，而是“pi-and-and-and-and-and-ik 作者希望他们的方法能够找到更多不寻常的脉冲星，包括邻近星系中的脉冲星。 现在让我们更详细地谈谈这些神奇的物体。 小绿人脉冲星的发现历史非常令人好奇。当科学家们严重担心他们是否偶然发现了兄弟们的信息时，这是最罕见的情况。 射电望远镜接收来自宇宙深处的无线电波，其工作方式通常与家用收音机相同。您甚至可以连接扬声器而不是录音计算机，并尝试聆听“球体的音乐”。没错，事实上它会变成毫无意义的噼啪声和嘶嘶声。但不是在脉冲星的情况下。 1967 年 7 月，剑桥大学的研究生乔斯林·贝尔正在处理来自射电望远镜的数据。女孩注意到一个简短的无线电信号每 1.337 秒重复一次。这不是随机的裂缝，而是有规律的、有规律的滴答声。就好像在太空的某个地方，一个巨大的节拍器正在计算节拍——后来证明，其精确度可与原子钟媲美。说它看起来很奇怪是轻描淡写的。 起初，贝尔的主管安东尼·休伊什认为这些信号是某种技术的干扰。它们非常类似于无线电信标或定位器的工作。但这位研究生证明了神秘的蜱虫是在太空中诞生的。然而，它的规律性似乎是人为的。发现者将这个神秘物体命名为 LGM-1。这是小绿人的缩写，即“小绿人”。 这不是开玩笑。研究人员没有心情开玩笑。那时，射电天文学作为一门科学，几乎与年轻的贝尔同龄。人类刚刚开始通过无线电波“收听”太空。银河以太似乎很可能充满了来自外星文明的传输。毫不奇怪，脉冲星（所谓的宇宙“信标”）的发现让科学界感到惊讶和兴奋。 已取消联系人类学家斯坦尼斯拉夫·德罗比谢夫斯基曾经说过：“任何科学的主要原则之一就是令人难以置信的乏味。” 提出一个惊人的假设，同事会列出 127 个理由，说明现在接受它作为已证实的事实还为时过早。这很烦人，但这是唯一能让科学在不陷入大量幻想的情况下寻求真理的事情。 尽管外星人的理论很诱人，但天文学家一直在寻找对脉冲星奇怪特性的自然解释。很明显，周期性无线电信号是由空间中的周期性过程产生的，但是什么样的呢？ 几乎没有任何无定形的气体云能够以原子钟的精度工作。如此严格的规律表明我们正在谈论刚体的运动。这个运动是什么？绕自己的轴旋转？绕行？波纹？ 我也对这个运动的周期感到困惑——大约一秒钟。无论空间信标是什么，它都非常小。如果地球半径6400公里，在一秒钟内绕地轴自转，赤道上一点的速度将超过每秒4万公里，达到光速的13%！ 然而，脉冲星的性质并没有长期成为一个谜。拼图的所有部分都已经掌握在研究人员手中。早在 1934 年，也就是发现中子仅两年后，沃尔特·巴德和弗里茨·兹威基就提出中子星是在超新星爆炸中形成的。在发现脉冲星前不久，尼古拉·谢梅诺维奇·卡尔达舍夫和弗朗哥·帕西尼证明中子星必须快速旋转并具有强大的磁场。基于这些想法，托马斯.戈尔德在脉冲星被发现后不久就揭开了它们的神秘面纱，尽管在一段时间内考虑了相互竞争的假设。  脉冲星的艺术描绘 难忘的面包屑那时，只有理论家知道中子星，观察者不知道。脉冲星的发现首次证实了中子星存在于现实中，而不仅仅存在于天体物理学家的计算中。由于这一成就，休伊什（但由于某种原因不是贝尔！）于 1974 年获得了诺贝尔物理学奖。 可以说，中子星是一些名人的来世化身。让我们更详细地讨论一下。 如果没有阻止压缩的压力，任何恒星都会在自身引力的影响下收缩成一个小球。此外，对这种压力的决定性贡献根本不是物质，而是辐射。这颗恒星实际上是通过光的力量——它自己的光——从死亡中拯救出来的。 在它的整个生命周期中，恒星都会“减肥”：质量被恒星风和辐射带走。但是，直到最后，发光体仍然非常庞大。当热核燃料耗尽时，恒星的其余部分将独自受到重力影响。他的结局并不好。 如果最初的发光体在出生时有超过十个太阳的质量，它的死亡伴随着一场令人印象深刻的表演。恒星的外层，失去了辐射的支持，迅速落在致密的核心上，像球一样被它弹开。这种撞击的能量使得恒星膨胀的外壳像整个星系一样爆发。这种现象被称为超新星爆炸。 与此同时，恒星的核心在重力的影响下迅速收缩。即使是原子也无法承受越来越大的压力。在天体的中心，电子与质子结合，得到连续的中子质量，比原子核还要致密。只有这样巨大的压力才会停止压缩。 如果一颗恒星的核心的质量是太阳的 2.7 倍以上，那么即使是中子物质的压力也是不够的。然后死光的核心变成了一个黑洞。但这是一个完全不同的故事，这里我们谈论的是中子星。 现在让我们回顾一下角动量守恒定律。一个简单的情况由此而来：如果围绕其轴旋转的物体被压缩，它会开始更快地旋转。花样滑冰运动员将双臂紧贴身体进行羊皮跳会明白这是怎么回事。 死星核心的压缩仅在物质密度达到每立方厘米数亿吨时才会停止。这意味着它缩小到几公里的大小。根据角动量守恒定律，它的旋转速度增加……大约每秒一圈。 在这位明星的自传中，可以想象“我是如何成为中子的”一章。“对我来说，那是一段艰难的时期。我几乎失去了一切的时间（当然，这样的大规模损失！-裸体科学）。我必须变得更僵硬，旋转得更快。再也没有人叫我太阳了。 提到刚性是有原因的。中子星中的物质可能是宇宙中最坚韧、最耐用的物质。因此，天体不会因如此快速的旋转而分崩离析。 如果一个质量为 1.5-2.7 个太阳的巨像在旋转，那么要让这样的飞轮减速或加速都非常困难。换句话说，它的旋转速度几乎是完全恒定的。这就是为什么脉冲星是一个非常稳定的时钟。严格来说，它们的进程仍在放缓，但非常缓慢：一亿年不到一秒。这发生在脉冲星的旋转能量用于辐射时。 然而，宇宙是一个著名的艺人。有时，她会设法旋转一颗中子星，并用一颗可敬的第二颗脉冲星制造出一颗奇异的毫秒脉冲星。顾名思义，这样的物体在几毫秒内绕着它的轴旋转。 “促进”的机制尚不完全清楚。最流行的假设是这个。毫秒脉冲星是由中子星产生的，这些中子星与普通的发光体形成紧密的配对。有中子星的邻居不会带来好处。这个怪物强大的重力真的把“受人尊敬的伙伴”的物质吸走了。与物质一起，中子星也被赋予了角动量，它开始以更快的速度旋转。一般来说，一切都几乎就像生活中的一样。在我们国家，谁旋转得快，他吃得好，而在中子星的世界里，因果已经改变了地方。 然而，毫秒脉冲星仍然是一个例外。大多数中子星在一秒钟左右旋转。 一个周期约为一秒的非常稳定的周期性过程肯定会让人想起乔斯林·贝尔。但是中子星的自转是如何产生如此强大的无线电信号以在地球上被接收到的呢？ 超凡脱俗的磁性事实上，中子星还有一个理由被称为最多。这些是宇宙中最强大的磁铁。脉冲星的磁场以数十亿特斯拉计。为了比较：实验者创造的最强大的场（然后是短暂的几分之一秒）“只有”2800特斯拉。 如此惊人的数字从何而来？这是关于磁通量守恒定律的。是的，是的，又是这些守恒定律。当恒星的巨大核心缩小到几公里时，它们就能搞砸事情。随着天体尺寸的减小，它的磁场变厚，可以说是集中了。因此，它变成了一个具有令人难以置信的强度的紧凑磁铁。 等一下，熟悉物理学的读者会问。磁场是由电流产生的，中子星中可以存在什么样的电流？中子没有电荷，根本没有东西可以流动！ 事实上，只有中子星的中心层完全由中子组成。靠近表面，压力较小的地方，仍然有质子和电子。根据理论家的说法，质子的运动在中子星中产生了令人难以置信的强度电流。此外，这些质子像超导体中的电子一样配对。事实上，中子星是一种超导磁体。只有其中的电流不是电子的，而是质子的。  脉冲星的辐射是由它们最强大的磁场产生 旋转磁铁实际上是发电机。中子星的旋转会产生强大的电场，将带电粒子从地壳中拉出。因此，尽管有巨大的引力，脉冲星仍被质子和电子组成的奇特气氛所包围。 这些粒子以近光速在磁场中移动，产生从伽马射线到无线电波的各种辐射。同时，磁场的强度使得高能伽马量子衰变为电子和正电子，补充了脉冲星的大气。物质实际上是从辐射中诞生的！ 在超强磁场和加速到接近光速的物质的沸腾混合物中，许多惊人且看似不可能的事情发生了。这里不适合谈论每个人，所以我们建议有兴趣的人参考 B.B.卡多姆塞夫的优秀科普书《论脉冲星》。 我们只会讲述脉冲星的周期性信号，或者更确切地说是无线电脉冲星，是如何形成的。还有 X 射线和伽马射线脉冲星，这些也是具有强磁场的中子星，但它们的辐射机制有些不同。 点亮灯塔因此，脉冲星的无线电波是由围绕磁力线旋转的电子和正电子发射的。这就是所谓的同步辐射。 然而，近光速在太空中会发生一些有趣的事情。粒子向各个方向辐射无线电波——从它自己的角度来看，或者正如物理学家书呆子所说，在它的参考系中。但是对于像你我这样的外部观察者来说，它的这些“四面八方”都被压缩成一个狭窄的圆锥体。事实证明，中子星发射出一束细射电束。 脉冲星围绕它的轴旋转，光束也随之旋转。当这束光束覆盖地球时，射电望远镜“看到”了一道明亮的辐射闪光。这就是脉冲星的动量。然后光束转开并在下一回合返回。结果是：峰……峰……峰…… 当然，除非地球完全处于射线路径上。它也可以被引导成它一直经过我们的星球。在这种情况下，我们不会注意到脉冲星，即使它在我们的眼皮底下。 顺便说一句，中子星不会长时间保持脉冲星。其大气中的粒子在短短几百万年内就会闪现出它们的能量。在那之后，前任名人进入无线电静默状态。根据理论家的说法，我们的银河系中大约有十亿个中子星，并且来自它们的脉冲星，我们重复，数以万计或数十万。所以他们每个人都是稀有鸟类。 关于中子星，尤其是脉冲星，我们还有很多不知道的地方。例如，有时宇宙钟的运行会出现神秘的中断，脉冲星会错过一个脉冲。为什么？中子星不能错过转弯！有些冲动是如此强烈，以至于它们被称为巨大的。目前还不清楚它们来自哪里。没有答案的问题可以列出很长时间。他们正在等待他们的探险者。 |
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