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第67章 脉冲星(下)

 可见光脉冲星的发现

我们已经知道,我们所见天上这条带状的银河,是我们这个星系的盘内无数恒星造成的,而银河带内那个看来恒星特别密集的所在,正是我们朝着银河系中心望过去的方向。如果把所有脉冲星按位置画到一张天空分布图上,那么正像我们银河系中的星星那样,它们之中的大多数都是落在银河带天区中。

300多颗脉冲星在天上的视分布这样看来,它们在空间具有和恒星同样的分布:它们就分布在群星之中。也就是说,一些脉冲星所发出的脉冲要经历若干千年的长途奔波,才为射电天文学家的望远镜接收下来。自从脉冲星发现之后,人们就开始寻找可见光脉冲星,因为可见光脉冲星的缺少使得很多天文观测者觉得别扭。机会终于来了,而这个机会看来更是那样的蹊跷。

1968年11月,威廉·约翰·科克和迈克尔·迪斯尼两位年轻天文工作者,决定向亚利桑那州图森地区斯蒂沃德天文台的90厘米反射望远镜申请三个观测夜。由于两人都还缺乏天文观测经验,想利用这几夜熟悉望远镜。当他们还在思考观测对象时,学术刊物《科学》在12月初登出了发现蟹状星云脉冲星的报道,他们就决定把分配到的观测时间用来搜索蟹状星云脉冲星的可见光辐射。三个观测夜的工作并没有得到什么结果,因为这两个新手压根儿连望远镜都还没有用熟呢!1月15日起轮到使用这架望远镜的观测者威廉·G·提夫特,慷慨地为运气不佳的新手提供了1月15、16日两夜的机会,使他们能继续试验。偶然的良机往往产生深远的影响。根据迪斯尼的记录:“……才过了30秒钟,计数器上就显示出一个清楚的不断增长的脉冲,并且显然在主脉冲后半个周期还出来一个较小的、相当宽而没有主脉冲那样高的次脉冲。这时候,麦卡利斯特平心静气地继续操作着仪器,科克和我却时而欣喜若狂,时而沮丧万分,不能自己。1点22分,雾蒙蒙的夜空结束了这场观测。圆顶里三名观测者毫不怀疑,我们幸运地发现了第一颗光学脉冲星。”

巧合也罢,上帝垂青也罢,这两个小伙子的机遇实在是太好了,因为此后再也没有人发现过哪怕一颗可见光脉冲星了。

船帆座可见光脉冲星的发现确认,脉冲星信号是在超新星爆发后的残余部分中发出的。船帆座存在超新星爆发产生的星云,爆发时间比蟹状星云超新星早得多,它抛出的气体状物质是许多纤维状气体丝,布满广阔的空间。大批天文学家使用最好的望远镜寻找与该脉冲星对应的恒星,经历8年方告成功。1977年,《自然》杂志收到证实船帆脉冲星为某一恒星的文章,由12位作者签名。由此可见搜索工作的艰巨。

此后,寻找其他可见光脉冲星的努力一无所获,这启发天文学家寻求解释。超新星爆发产生了脉冲星,开始时,它们“脉动”得比蟹状星云脉冲星还要快,不但发出射电脉冲,还发出可见光脉冲。随着岁月流逝,脉冲节律不断变慢。大约在爆发后1 000年,脉冲周期变慢到同蟹状星云脉冲星那样,再过许多年,就变成同船帆脉冲星那样。随着脉冲周期变长,其可见光也变得愈来愈暗。当周期增加到1s以至更长时,射电辐射可以探测到,可见光脉冲则早已消失。因此,只有这两个周期极短的脉冲星才能在可见光范围内看见,它们属于最年轻的一批脉冲星,超新星的爆云残烟还历历在目;而那些古老的脉冲星早已失去其可见光辐射,人们难得窥见其真实面貌。

 脉冲星结构简介

太阳、白矮星、地球和中子星的大小对比。

图中上方画出太阳的边缘一小片上节已经说过,脉冲星其实就是自转中子星,可能类似于我们地球,具有磁场,只是远比地球强得多。假定磁轴与自转轴并不一致,地球也正是这样,中子星自转时,带动其磁场一起转。不妨这样设想:中子在自转磁化中子星的表面变成电子和质子,表面的强电场使带电质点抛离中子星。这些粒子沿产生脉冲星信号的一种可能模型磁力线飞向空中,它们的能量足以使蟹状星云在它诞生后千余载的今天还在发光。由于带电粒子横穿磁力线特别费劲,它们大多数都在磁极区离开中子星,沿着弯曲的磁力线以巨大的速度向外飞去。

飞离中子星的粒子之中最轻的是电子,运动速度也最快,大致接近光速。电子以这样的高速沿曲线轨道飞行时要发射出能量,这种能量不是均匀地发往四面八方,而是高度集中在电子的飞行方向。这就意味着,辐射离开中子星往外传播的方向就是中子星磁力线的指向,所以它是在两个锥状的空间区域中发射出去的。因为磁场跟随中子星转,两个辐射锥也转。观测者从远方看去,只有当他被两锥之一扫到时才能接收到辐射。从他那里看起来,中子星在按它的自转周期等间隔地闪亮。在这样一幅当代天体物理界许多人士认为基本正确的设想图中,我们被沿着中子星两极磁力线方向发出的辐射打中,正像被一座灯塔的旋转光柱扫到一样。

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