什么是脉冲星?

喵. 2024-05-26 11:38:44

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脉冲星（pulsar）全称脉冲星。一种的天体，能发其规则的射电脉其中几个还有短节奏的可见光激变、x射线和γ射线暴。脉冲星被公认是快速自旋的中子星。中子星是一种几乎整体均由中子组成的极端致密的恒星，其直径仅20公里，甚至更小些。当超新星激烈爆发后，其内核向内坍缩，即形成为中子星。恒星表面处的中子衰变成质子和电子，这些荷电粒子从恒星表面释放出来，即进入环绕恒星并随恒星自转的强磁场之中。这些粒子被加速到接近光速，便产生称为同步加速辐射的电磁辐射。这种辐射从脉冲星的磁极处以强射束形式被释放出去。磁极并不和自转极吻合一致，因此，脉冲星的自转致使射束旋转摆动。每当脉冲星自转一周，射束便会有规则地扫过地球，这时地面望远镜即可检测出一系列间断的脉冲。利用专门设计用以记录射电源快速起伏的射电望远镜，科学家们于1967年发现了第一个脉冲星，迄今已探测到300多个脉冲星。这类天体的很大一部分都朝向银河系的银道面集聚。虽然所有已知脉冲星均有此类特征，但它们的周期长短，即两个相继出现的脉冲之间的间隔却有很大不同。迄今已观测到的最慢的脉冲星的周期间隔为4秒，而1982年发现的最快的脉冲星的周期是0.00155秒，即1.55毫秒，比已知的任何一个脉冲星的周期都短了许多。这个毫秒脉冲星每秒自旋642圈，已经接近脉冲星自旋速度的极限。因为一个中子星只要自旋速度为此速度的4倍，就会作为其赤道带离心力造成的结果而飞散崩溃，哪怕其引力十分强大，可使其逃逸速度达到光速的一半。精确的射电脉冲星计时表明，它们的自转正在很缓慢地减速，其典型速率是每年减慢一百万分之一秒。根据一个脉冲星速度变化，可以计算出它的年龄。在光学照片上，蟹状星云脉冲星呈现为蟹状星云中心的一个中等亮度（16星等）的星。科学家发现在可见光波段也有完全精确一致速率的光波闪烁。般帆脉冲星则要暗淡得多，平均为24星等。船帆脉冲星是星空中最强的γ射线源之一。年龄较老的射电脉冲星周期减慢的速率要比年轻的慢，脉冲周期也长。根据研究，已测定出脉冲星在历经约1000万年后随着其磁场的明显变弱，脉冲星的脉冲终将停止。在太阳附近空间探测出的脉冲星的数目表明，在银河系中活跃的脉冲星有上百万个。据推论，每10年应有一个这类天体诞生。箭头所指为蟹状星云中央的脉冲星蟹状星云及拍摄的脉冲星脉冲发射记录第一个脉冲星是英国天文学家休伊什和贝尔在1967年发现的。他们在3.7米的波长上发现来自狐狸座的、具有极短周期的射电脉冲信号,脉冲周期是1.337秒。不久，又陆续在其他天区发现好几个这种快速脉冲的射电源，后来称为脉冲星。到1978年,发现的脉冲星已有300多个。脉冲星的一般符号是psr。例如,第一个脉冲星就记为psr1919+21。1919表示这个脉冲星的赤经是19小时19分;+21表示脉冲星的赤纬是北纬21度。观测特点 ①周期性地发射短促的脉冲辐射。②脉冲周期很短。周期最短的为0.03秒，最长的为4.3秒,周期通常有非常缓慢的变长现象。大约每年增长百万分之一秒到千亿分之一秒。③脉冲辐射多呈单峰或双峰形状，有的甚至多到五个峰。每个脉冲星的个别脉冲在脉冲形状和强度上会有变化，但几百个脉冲累加得到的平均脉冲轮廓（在脉冲期间辐射能量随时间的变化曲线）是稳定的。每个脉冲星有它特有的平均脉冲轮廓。附图分别绘出脉冲星 psr0833-45、 psr1133+16、psr2045-16和psr0525+21的平均脉冲轮廓。④脉冲辐射持续时间约为周期的百分之一到十分之几。⑤脉冲辐射是高度的线偏振或椭圆偏振。偏振度和偏振矢量的方向在脉冲期间通常是变化的。⑥绝大多数脉冲星只是在射电波段发出辐射。在射电波段的频谱分布一般呈简单的幂律谱，也有呈现为二段幂律谱合成的频谱。频谱指数通常是在3～1的范围。⑦有些脉冲星的个别脉冲会出现规则的向前或向后的漂移现象，有些脉冲星有时会呈现短缺脉冲现象。⑧个别脉冲星会有周期突然变化的现象。例如，近年来psr0833-45的脉冲周期发生过三次突然变化（见脉冲星自转突快），psr0531+21也有类似现象。⑨已发现的脉冲星都是银河系内的天体，其距离在100秒差距到2万秒差距之间。大多分布在银道面两旁，有向银道面聚集的倾向。脉冲星的平均脉冲轮廓脉冲星和中子星现在已普遍认为，脉冲星是有很强磁场的快速自转着的中子星。脉冲周期对应于自转周期。脉冲星辐射的能量是靠消耗它自身的自转能而来的。随着脉冲星不断地辐射能量，它的自转逐渐变慢，这就是脉冲星周期缓慢变长的原因。利用脉冲星的周期变率的观测值，可以计算脉冲星的能量损失速率。脉冲星上的能量转化过程是十分复杂的，自转能首先转变为低频的磁偶极辐射（在脉冲星诞生的早期还有引力波），然后再转化为高能粒子的能量和电磁辐射的能量，目前，关于这种能量转化的机制还不十分清楚。观测表明，电磁辐射具有高度的方向性，就像灯塔光束一样，使得脉冲星自转一周就能给出对应的脉冲图样。最著名的一颗脉冲星是蟹状星云的中心星psr0531+21（或np0532），它的周期是0.0331秒，是目前已知脉冲星中周期最短的。它在射电、红外线、可见光、 x射线等波段都发出脉冲辐射。它的目视等是17等，距离约 6,300光年。蟹状星云的中心星据认是**宋代记录的超新星（1054年金牛座“客星”）爆发后的残骸，蟹状星云是超新星爆发时抛出壳层的遗迹。脉冲星的年龄与由蟹状星云大小推算出的年龄相吻合，脉冲星能量损失与蟹状星云辐射能量的自洽，都有力地证实了这一点。脉冲星的发现并被证认为中子星，是天体物理学和物理学的一项重大成就。这证实了三十多年前在理论上预言的、一种新型的、由超密态物质组成的恒星的存在。因此，脉冲星的发现被誉为二十世纪六十年代天文学的四大发现(脉冲星、类星体、微波背景辐射、星际分子)之一，是1974年度诺贝尔奖金的获奖项目。 20210311

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