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宇宙中最奇特的星体,一秒疯狂自转1000圈,中国天眼已发现660颗

时间:2024-08-08网络作者:小白

1967年7月,英国新造射电望远镜正式投用,该望远镜用于星空无线电信号流量变化研究,其中一位名叫乔瑟琳·贝尔的爱尔兰女博士研究生主要负责执行繁重的观测记录工作。

在摸索射电闪烁信号特征时,贝尔突然发现到一个周期规律的干扰信号。

这是一个间隔1.33秒的脉冲信号,且在不断重复,听起来如同一个外星系文明所传来的无线电波一样

贝尔与导师在详细研究后,将此认定为是外星人发出的特定摩尔斯电码,并标记为小绿人。

但在不久后,贝尔又发现不同天区的其他三个周期各异的脉冲信号源,这直接排除了外星人信号的可能性,因为不可能有三种外星人在不同方向,却同时朝地球发射密码信号。

经过色散测量,贝尔得知该信号源自于距离几万光年的遥远地方,这种规律信号究竟出自何处?

脉冲星的发现

其实这是一种名为脉冲星的星体,脉冲星的发现被称为上世纪六十年代四大发明之一,而全球第一颗被发现的脉冲星就是贝尔所记录的这颗,后来被命名为CP1919

脉冲星是仅次于黑洞的致密天体,作为高度磁化且飞速旋转的中子星,它的形成要来源于超行星爆发

高于太阳质量8倍以上的行星称之为高质量行星,在寿命抵达尽头时,它会爆发一场毁天灭地的爆炸,接着会根据内核残留质量,来形成中子星或黑洞。

如果内核质量在太阳3倍质量之下,高质量行星会坍缩为中子星,反之则是黑洞。

而在这个过程中,如果保持了原高质量行星的角动量,且磁场被进一步增强,则会有极大概率形成脉冲星。

在脉冲星没被发现时,科学家们误以为这是外星文明所营造的干扰信号。

国际学者想要通过三种模型来解释它的信号发射,第一种是密近双星解释,即两颗行星围绕旋转,发光行星被遮挡时,辐射自然接收不到,反之则不然。

第二种是恒星膨胀收缩中会造成信号波动的变化,这倒符合人类对其周期性变化行为的认知。

第三种则是中子星模型,这类星体会自转且具有直辐射束,如同海上灯塔一般。

随着人们的不断探索,越来越多的同类周期性信号被发现,其中甚至有一些能达到毫秒级周期,这直接颠覆了第一种和第二种模型的设想,只有第三类中子星模型才能解释该现象。

后来脉冲星的发现让这一切诡异现象都变得合理,中子星具备高强度磁场后,周围的带电粒子会被集中在一束极窄辐射中,顺着磁轴方向形成一道长无边际的辐射束。

但磁轴与中子星旋转轴方向时而会有所差异,并不能保持完全一致,当二者出现这种情况时,摇摆辐射束随即发生了。

而地球所接受到频繁闪烁且极具周期性的电波信号,就是来自于这种摇摆辐射束,又因为这种信号与脉搏跳动极为相似,所以被称为脉冲星。

从中我们也可以获知,电波信号的间隔时间,其实就是脉冲星的自转周期时长。

自1967年发现首颗脉冲星以来,人类共探测到了3000多颗脉冲星,其中转速最慢的为23.5秒,而转速最快的旋转周期仅为1.37ms,一秒钟内能旋转足足730圈!

这显然超过了人类当时的物理认知,这种速率是汽车引擎转速的近十倍,人体如果以相同转速旋转,只需片刻就会分解破碎,而脉冲星可是一个直径长达20公里的星体。

脉冲星转速基本在秒与毫秒的范围之间,其中小于10毫秒的被称为毫秒级脉冲星,这种脉冲星被认为诞生于双星系统。

什么是双星系统?就是两颗恒星中,有一颗演化为了中子星,它会源源不断的吸收伴星物质,并将这些能量转化为自身旋转动能。

通俗来讲,伴星在此时扮演着加油站的作用,目前人们认为,每秒旋转周期1500次是脉冲星的物质极限。

这就是脉冲星的特征之一——极高的自转速度,而特征之二就是超高的密度

构成万物的最小单位是原子,而关于目前中子星的主流说法是:其主体构成单位是比原子更小的物质中子。

或者说,中子星本身就是加大原子核。

这种物质组成的星体质量密度要高达1014g/cm3!什么概念?人指甲盖宽度大约为1公分,一个手指头体积就是1立方厘米,如果手指头中填充的是中子星密度物质,那么具体重量大约为1亿吨。

尽管这只是一种理论猜测,毕竟人类目前探测手段的局限性,还未亲手真实探测到脉冲星的物质组成和状态,但通过计算机模拟和信号匹配,一定程度上是可以探测到中子星内部的物理状态的。

遗憾的是,我们无法在地球上用肉眼看到脉冲星,这是因为它们在光学波段没有辐射,只有在射电波段看起来才较强。

不过如蟹状星云脉冲星之类的特殊脉冲星除外,这类脉冲星借助大望远镜是可以探测到的。

脉冲星的探测意义

1993年,国际无线电大会在东京召开,并提出要建设新一代更为灵敏的射电望远镜,来接收更多来自外太空的讯息。

时任中科院天文台副台长的南仁东提出:既然别人都有自己的大设备,我们也造一个吧。

次年,南仁东便写出1.73万字的大射电望远镜国际合作建议书,并于2005年向国家提出建造500米口径射电望远镜的神情,但被中央驳回。

直到2007年,发改委才正式批复此工程的正式立项。

2016年,中国天眼FAST在贵州平塘县坐落而成,开始不断接收源于宇宙深处的电磁波。

次年10月国家天文台宣布通过FAST首次发现数十颗优质脉冲星候选体,其中两颗均通过了认证

截止2022年,我国已经通过FAST探测到了足足660多颗脉冲星。

那么脉冲星的研究,对我们有何益处呢?天文学核心研究可归结为两暗一黑三起源两暗是指暗物质和暗能量,一黑是指黑洞,三起源则是宇宙、天体、生命的起源,而脉冲星研究则涵盖了其中三项。

高质量恒星演化晚期,最终会变为三种产物,一是白矮星,二是脉冲星为代表的中子星,三是黑洞。

黑洞无法进行直接观测,间接研究脉冲星对了解黑洞有重大意义。

并且脉冲星作为超新星爆炸遗留物,研究脉冲星就是研究高质量恒星晚期的生命过程,换句话说就是在研究天体演化与生命形成

要知道,生命形成过程中,但凡比铁重的元素,皆由超新星爆炸产生,人是从星尘而来,而脉冲星的研究说不定就暗藏着未被发掘的重大发现。

在研究脉冲星领域上,还有两个颇有趣味的事件。

当年贝尔率先发现了脉冲信号,但其教授休伊什却独揽了诺贝尔物理学奖,完全忽视了贝尔的个人贡献。

以至于当时科研界提起此事时,都嘲笑这是诺贝尔奖上最不公平的一次颁发结果,是没有贝尔的诺贝尔奖。

第二件事就是在贝尔发现脉冲信号之前,有另一位物理学家提前观测到了猎户座某个脉冲星,他观察到自动记录仪发生了轻微颤抖,但他却误认为是设备出现了问题,于是便漫不经心的对着仪器轻踢一脚。

仪器颤抖果真消失了,但他也因此与诺贝尔奖失之交臂,为了不让后世记住自己的愚蠢,这位物理学家选择了掩盖自己的身份。

而这就是迄今为止人类关于脉冲星的探索故事,作为宇宙中极为神奇的星体,脉冲星还有着许多未解之谜等着我们探索与发现!

参考资料:

壹线生活:脉冲星有什么特点?脉冲星有多可怕?

澎湃新闻:从这里望向太空:脉冲星发现55周年和中国探索之旅

中国军网:探索脉冲星: 中国天眼又有新发现

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