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脈衝星(英語:Pulsar)是中子星[1]的一種,為會周期性發射脈衝訊號的星體。

發現

1967年10月,劍橋大學卡文迪許實驗室(Cavendish Laboratory)的安東尼·休伊什(Antony Hewish)教授的研究生——24歲的喬絲琳·貝爾·伯奈爾(Jocelyn Bell Burnell)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衝信號,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裡,又陸陸續續發現了數個這樣的脈衝信號。後來人們確認這是一類新的天體,並把它命名為「脈衝星」[2]。脈衝星與類星體、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·休伊什因脈衝星的發現而榮獲1974年的諾貝爾物理學獎,儘管人們對喬絲琳·貝爾·伯奈爾未能獲獎而頗有微詞。

值得一提的是,1967年阿拉斯加彈道導彈預警中心的雷達控制人員也觀察到了一些脈衝信號源並確認他們來自天體。這一發現早於劍橋大學的研究人員,但由於軍事保密要求,直到21世紀解密之時才被世人所知。

脈衝星的特徵

1968年有人提出脈衝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。由於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,就接收到一個脈衝。

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,由於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併壓力與引力相抗衡,成為白矮星,而在質量比這還大的恆星裡面,電子被壓入原子核,形成中子,這時候恆星依靠中子的簡併壓與引力保持平衡,這就是中子星。典型中子星的半徑只有幾公里到十幾公里,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厘米上億噸。由於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,而電磁波只能從磁極的位置發射出來,形成圓錐形的輻射區。

此外,在脈衝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的脈衝星。

脈衝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,以致於信號周期的精確度能夠超過原子鐘。 而從脈衝星的周期就可以推測出其年齡的大小,周期越短的脈衝星越年輕。

視頻

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參考文獻