正文 第十一章 蟹狀星雲脈衝星(2 / 3)

1968年發表了脈衝星被發現的消息之後,就可以檢驗巴德和茨維基的最後一項預言了,普通恒星在超新星爆炸後便形成中子星。如果脈衝星的本質真是中子星,那麼在蟹狀星雲中,也應當有一顆脈衝星。果然,就在蟹狀星雲的中心附近,射電天文學家很快就發現了一個周期極短的脈衝星。它的周期隻有0.033秒,是所有脈衝星中最短的一顆。過了幾個星期,光學天文學家又發現星雲中心附近有一顆星發出的可見光也有0.033秒的周期變化,顯然它們就是同一顆星。到此,30多年前的預言被全部證實了。

脈沖星的輻射

我們現在來詳細看一看,中子星是如何發射脈衝的。中子星是恒星坍縮而成的,根據角動量守恒定律,恒星坍縮過程中角動量是不會改變的,但中子星的尺度比原來恒星要小許多倍,所以它的角速度將會比原來恒星自轉角速度大許多倍。計算證明中子星的角速度應為1秒左右轉1周,這同觀測到的脈衝星周期範圍是一致的。在恒星坍縮為中子星的過程中,磁場也會隨星體而收縮,星體表麵處的磁場強度將大大升高。我們知道恒星表麵的磁場強度為幾髙斯到1萬高斯不等,如果1個太陽大小的恒星表麵磁場強度為100高斯,當它收縮為半徑10千米的中子星時,磁場強度將達到1012高斯,那麼大的場強度比我們地球上所能產生的最高磁場強度要大100萬倍。根據對X射線脈衝星能譜的分析得到證實,它們也是中子星。例如:武仙座是一個X射線脈衝星,其表麵磁場據分析應達到5高斯。電子在磁場中將按螺旋線前進,同時發出同步加速輻射。這種輻射是沿電子軌道發射的有很強方向性的一種非熱致輻射。在磁場達到1012高斯這麼大的中子星上,電子的螺旋軌道幾乎被磁場直了,電子幾乎是沿磁力線高速運動。在磁場最強的兩極處,電子則沿磁力線呈射束向遠處噴射,它們所產生的同步加速輻射也是在此方向上射出而形成一個細射束。一般的中子星磁軸是不同自轉軸重合的,因而當中子星自轉時,這個細射束像探照燈一樣掃過空間。當它掃過我們的望遠鏡時,便形成一個脈衝信號,中子星轉一周,射束也在空中掃一圈,因而脈衝信號的周期也就反映了中子星的自轉周期。觀察發現,在一個周期的時間內,脈衝隻占3%~10%的長度,其餘大部分時間無信號,這說明並不是整個星都有發射。脈衝星的發射除了這種短周期的規律性外,還有長周1期的變化。例如:有的脈衝星有60天的周期性變化,這可以用中子星自轉軸的“進動”來解釋,也就是說中子星的軸會像陀螺的軸一樣,在空中快速地畫一個圈,因此它的射束與我們視線的傾角會發生變化,從而造成了這種長周期的強度變化。

脈衝星的脈衝周期以其高度穩定性著稱,它來源於中子星自轉的穩定性,但它們並不是十全十美的鍾,而是在逐漸慢下來,當然這種減慢是很不明顯的,隻有非常精密的測量才能揭示這一點。例如:有的脈衝星每天的周期隻加長15乂10-13秒!

既然脈衝星的自轉在變慢,那麼從它的周期長度也可以推測它的年齡。蟹狀星雲脈衝星的周期是最短的,說明它是一顆十分年輕的中子星,它的周期每天增加35毫微秒,由此可以算出它的年齡是1000年左右,同其他方法的結果是接近的。順便指出,船帆座中有一顆脈衝星,周期是0.089秒,僅次於蟹狀星雲脈衝星,年齡也較長,約10000左右。它的可見光發射已經變得很弱了,周圍的星雲也顯得很大,它離我們比蟹狀星雲近4倍多。可惜10000年前人類還沒有記錄,否則的話,他們將告訴我們當時的景象天空中出現一顆滿月一樣明亮的星!