被閱讀3308次,日期:2017-06-21 09:35:57
（本文來源：中國科普網(wǎng)）新華社北京6月17日電（記者喻菲 全曉書 屈婷）宇宙中有一種詭異的天體——脈沖星，它們最初被人類發(fā)現(xiàn)時(shí)曾被誤以為是外星人發(fā)出的信號，它們身上還有很多未解之謎。中國6月15日發(fā)射的硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡“慧眼”，將對銀河系內(nèi)的脈沖星開展觀測研究，期望揭開它們身上的諸多謎團(tuán)。
“慧眼”首席科學(xué)家、中科院高能所粒子天體物理中心主任張雙南說：“我們還并不知道脈沖星的內(nèi)部是什么，只是理論預(yù)言過恒星演化會(huì)形成這樣一種天體，里面的物質(zhì)是以中子為主。”
“但現(xiàn)在的物理理論還不能很好地描述這種狀態(tài)下的物質(zhì)，因?yàn)榈厍蛏系膶?shí)驗(yàn)室達(dá)不到這樣的密度，因而我們只能進(jìn)一步去觀測。”張雙南說。
大質(zhì)量恒星壽命終結(jié)時(shí)在超新星爆發(fā)中粉身碎骨，外層被炸飛，如果恒星遺留下的內(nèi)核質(zhì)量超過太陽的1.4倍，就會(huì)坍縮成主要由中子以及少量的電子和質(zhì)子組成的中子星。以均勻的時(shí)間間隔輻射脈沖的中子星被稱為脈沖星。所謂脈沖就像人的脈搏一樣，一下一下出現(xiàn)短促的信號。
為什么人類可以收到這樣有規(guī)律的脈沖信號呢？這是因?yàn)閹щ娏Ｗ友刂}沖星的磁力線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了輻射束，而輻射束的放射軸和中子星的自轉(zhuǎn)軸并不一致。中子星沿著自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)，只有輻射束恰好掃過地球時(shí)，才能被觀測到，因而形成了脈沖，脈沖的周期其實(shí)就是脈沖星的自轉(zhuǎn)周期。
對人類來說，中子星實(shí)在太詭異。中子星的個(gè)頭只有一座小型城市那么大，但質(zhì)量卻是地球的50萬倍。假設(shè)有一個(gè)天平，一端盛上一茶匙的中子星物質(zhì)，另一端需要一座高達(dá)3000米的山峰才能抵得住這么一丁點(diǎn)中子星物質(zhì)。
對于想造訪中子星的人來說，在中子星上著陸將永無可能。中子星表面強(qiáng)大的引力瞬間就會(huì)把飛船以及里面的一切都壓成一攤糊狀的亞原子粒子。中子星上的山峰高度是以毫米為單位度量的，而不像我們地球上的千米單位。然而中子星上幾毫米高度的山峰所包含的物質(zhì)質(zhì)量一點(diǎn)也不比地球上高聳的山峰少。
脈沖星自轉(zhuǎn)具有極其穩(wěn)定的周期，被譽(yù)為自然界最精準(zhǔn)的天文時(shí)鐘?？茖W(xué)家相信，未來脈沖星可以成為人類在宇宙中航行的燈塔，為近地軌道、深空和星際空間飛行的航天器導(dǎo)航。
曾被當(dāng)成“小綠人”
由于過于怪異，盡管在20世紀(jì)30年代就有科學(xué)家預(yù)言了中子星的存在，但一直沒有得到證實(shí)。
1967年10月，英國劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室24歲的研究生喬斯琳·貝爾在檢測一臺射電望遠(yuǎn)鏡信號時(shí)發(fā)現(xiàn)了一些奇怪而有規(guī)律的脈沖信號，貝爾立即把這個(gè)發(fā)現(xiàn)報(bào)告給她的導(dǎo)師休伊什。起初科學(xué)家以為那是外星人在尋找宇宙中的知音，并以“小綠人（LGM）”來命名這個(gè)神奇的信號。但是，在接下來不到半年的時(shí)間里，科學(xué)家又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個(gè)這樣的脈沖信號，因而排除了外星人的可能。1968年2月，貝爾和休伊什聯(lián)名在英國《自然》雜志上報(bào)告發(fā)現(xiàn)了新型 天體——脈沖星。
科學(xué)家計(jì)算發(fā)現(xiàn)，只有像中子星那樣體積小、質(zhì)量大、密度大的天體才有可能產(chǎn)生這樣的脈沖強(qiáng)度和頻率。由此，中子星才真正從假說成為事實(shí)。
至今，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了2000多顆脈沖星。
為脈沖星號脈
張雙南說，脈沖星同時(shí)具有超強(qiáng)的引力場、電磁場和核密度，可謂極端物理的天然實(shí)驗(yàn)室。通過研究脈沖星的X射線輻射，將可以測量其表面的磁場強(qiáng)度，研究高密度、強(qiáng)磁場下物質(zhì)的性質(zhì)。
“我們在實(shí)驗(yàn)室里能制造出的最強(qiáng)磁場只有幾個(gè)特斯拉，而中子星表面的磁場比地球上最好的實(shí)驗(yàn)室所制造出的最強(qiáng)的磁場強(qiáng)度至少高百萬倍，強(qiáng)到它周圍的真空都成為晶體。這樣的物理規(guī)律是有理論預(yù)言的，但這個(gè)理論對不對，要通過觀測來驗(yàn)證。另外，中子星可能是已知宇宙中能量最高的加速器，所以很多無法在地球上的加速器開展的實(shí)驗(yàn)可以通過觀測中子星來研究。”張雙南說。
慧眼”衛(wèi)星有效載荷總師盧方軍說，對脈沖星的周期長期監(jiān)測，有助于解決脈沖星的能量來源之謎。
“慧眼”地面應(yīng)用系統(tǒng)副總師宋黎明說，脈沖星的脈沖是怎么來的？現(xiàn)在還沒有徹底解決。脈沖星周圍有很強(qiáng)的磁場是怎么來的？它和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有什么聯(lián)系？脈沖星的輻射機(jī)制是什么樣的？“慧眼”衛(wèi)星能為解決這些問題提供支持，推動(dòng)這些研究的進(jìn)展。