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X射线脉冲星

X射线脉冲星,是一类X射线源天体,位于银河系。X射线脉冲星的X射线强度呈严格周期性变化,从不到一秒至数分钟不等。第一颗被发现的X射线脉冲星是半人马座X-3。

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产生背景

卫星发现的X射线源有一半以上是在银河系内,其余的则是活动星系的核心或星系团中的高温气体。银河系内的X射线源大部分都与不同形式的坍缩恒星有关:膨胀到星际空间的超新星[1]遗迹,白矮星,更重要的是包含中子星的双星系统。

原理

像射电脉冲星[2]一样,X射线脉冲星的中子星也在快速自转,并有很强的磁场,磁轴相对于自转轴有偏斜。来自伴星的气体并不会直接落向中子星,而是被离心力拖曳而作缓慢的“螺旋线”运动,于是气体就会形成一个薄薄的吸积盘

在磁场能量开始超过气体转动能的地方,吸积盘被破坏,盘中物质被提出来,沿磁力线落向中子星的磁极。X射线是由气体对中子星的固体外壳的撞击而产生的。联想到水力发电的原理,就容易理解引力场如何能把自己的能量转变成辐射。水从足够高处落下时会把势能转变成动能,于是以很高的速度撞击涡轮机叶片,把自己的动能转变成转动机械能,机械能又通过磁感应最后转变成电能和辐射。

整个过程的原动力是地球的引力场,类似的过程也在中子星的表面发生。当然,引力场越强,下落一段给定距离时引力能转变为辐射的效率就越高。一只10克的球由高处落到地面,只释放很少一点热和红外辐射。如果它是落到白矮星表面,则释放的引力能将会大得多,它将发出可见光和紫外辐射。

中子星表面的引力更强,自由下落速度达到10万公里/秒,10克气体撞击中子星表面时以X射线辐射形式释放的能量相当于扔在广岛原子弹。在X射线脉冲星内,每秒钟有1亿吨气体落到中子星的磁极上,磁极区的直径约为1公里,被加热到1亿度的高温,发射的X射线光度比太阳在所有波段的总光度大1万倍。脉冲现象当然也和射电脉冲一样是由于中子星自转对辐射束的调制。

探测

1971年初,乌呼鲁探测到半人马座X──3。这是一个变化的X射线源,平均光度比太阳在所有波段的辐射还要强1万倍。此外,半人马座X──3的辐射还有周期为484秒的规则脉冲,这样短的周期表明,它像射电脉冲星一样是一颗快速转动的中子星。但是,它又与射电脉冲星不同,其辐射每隔2087天会停止将近12小时,这意味着这个源是一个掩食双星系统的成员,每当它转到那颗大的伴星背后,辐射就被遮挡。一个崭新而富有成果的天文学分支由此开始,这就是双星X射线源的研究。

视频

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参考文献