脈衝星的燈塔效應(1 / 1)

脈衝星的燈塔效應

脈衝周期

脈衝星有個奇異的特性,即短而穩的脈衝周期。所謂脈衝就是像人的脈搏一樣,一下一下出現短促的無線電信號,如貝爾發現的第一顆脈衝星,每兩脈衝間隔時間是1.337秒,其他脈衝還有短到0.0014秒的,最長的也不過11.765735秒。

那麼,這樣有規則的脈衝究竟是怎樣產生的呢?

燈塔效應

天文學家研究指出:脈衝的形成是由於脈衝的高速自轉。原理就像我們乘坐輪船在海裏航行看到過的燈塔一樣。設想一座燈塔總是亮著並且在不停地有規則運動,燈塔每轉一圈,由它窗口射出的燈光就射到我們的船上一次,不斷旋轉,在我們看來,燈塔的光就連續地一明一滅。

脈衝星每自轉一周,我們就接收到一次它輻射的電磁波,於是就形成一斷一續的脈衝。脈衝這種現象,也就叫燈塔效應。脈衝的周期其實就是脈衝星的自轉周期。

中子星的亮斑

燈塔的光隻能從窗口射出來,是不是說脈衝星也隻能從某個窗口射出來呢?

正是這樣,脈衝星就是中子星,而中子星與其他星體發光不一樣,太陽表麵到處發亮,中子星則隻有兩個相對著的小區域才能輻射出來,其他地方輻射是跑不出來的。即是說中子星表麵隻有兩個亮斑,別處都是暗的。

中子星的窗口

這是什麼原因呢?原來,中子星本身存在著極大的磁場,強磁場把輻射封閉起來,使中子星輻射隻能沿著磁軸方向,從兩個磁極區出來,這兩磁極區就是中子星的窗口。

中子星的輻射從兩個窗口出來後在空中傳播,形成兩個圓錐形的輻射束。若地球剛好在這束輻射的方向上,我們就能接收到輻射,並且每轉一圈,這束輻射就掃過地球一次,也就形成我們接收到的有規則的脈衝信號。

專家的討論

幾乎所有的專家都相信上述這種燈塔模型,但是也有離經叛道的不同意見被提了出來。新的觀點認為脈衝星的發光不是源自它的磁極,而是來自它的周圍。

同時認為,脈衝星發出脈衝光是因為它的磁場在高速翻轉振蕩,激變的磁場造成星體周圍出現了極高的感生電場。這個感生電場的峰值出現在磁場過零點附近,並且加速帶電粒子使其發出同步輻射。這就可以解釋脈衝信號的產生機理。

燈塔模型是現在最為流行的脈衝星模型,然而磁場震蕩模型還沒有被普遍接受。

脈衝星的發現

1967年10月,英國劍橋大學卡文迪許實驗室的安東尼·休伊什教授的研究生、24歲的喬絲琳·貝爾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”發來的信號,但在接下來不到半年的時間裏,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。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·休伊什教授本人也因脈衝星的發現而榮獲1974年的諾貝爾物理學獎。至今,脈衝星已被我們找到了1620顆,並且已得知它們就是高速自轉著的中子星。

脈衝雙星是1974年由美國馬薩諸塞大學的羅素·胡爾斯和約瑟夫·泰勒使用放在波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡發現的。胡爾斯當時是研究生,主持一項用該望遠鏡搜索脈衝星計劃的日常工作。他的導師泰勒則是這一計劃的總負責人。1974年,他們在那個夏天的發現和研究成果異常重要,並於1993年雙雙因脈衝雙星研究而獲諾貝爾獎。

在線小知識

2011年11月3日,美國航天局稱,多國合作的費米伽馬射線太空望遠鏡在巡天觀測中,發現一顆年齡為2500萬年的脈衝星,這也是人類迄今發現的最年輕的脈衝星。