中子星,,又名波霎、脈沖星,,是恒星演化到末期,,經(jīng)由重力崩潰發(fā)生超新星爆炸之后,,可能成為的少數(shù)終點(diǎn)之一。恒星在核心的氫于核聚變反應(yīng)中耗盡,,完全轉(zhuǎn)變成鐵時(shí)便無法從核聚變中獲得能量,。失去熱輻射壓力支撐的外圍物質(zhì)受重力牽引會(huì)急速向核心墜落,有可能導(dǎo)致外殼的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能向外爆發(fā)產(chǎn)生超新星爆炸,,或者根據(jù)局恒星質(zhì)量的不同,,整個(gè)恒星被壓縮成白矮星、中子星以至黑洞,。白矮星被壓縮成中子星的過程中恒星遭受劇烈的壓縮使其組成物質(zhì)中的電子并入質(zhì)子轉(zhuǎn)化成中子,,直徑大約只有十余公里,但上頭一立方厘米的物質(zhì)便可重達(dá)十億噸,,且旋轉(zhuǎn)速度極快,,而由于其磁軸和自轉(zhuǎn)軸并不重合,磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的無線電波可能會(huì)以一明一滅的方式傳到地球,,有如人眨眼,,故又譯作波霎。 中子星的密度為10的11次方千克/立方厘米,,也就是每立方厘米的質(zhì)量竟為一億噸之巨,。中子星是除黑洞外密度最大的星體,同黑洞一樣,,也是20世紀(jì)60年代最重大的發(fā)現(xiàn)之一,。乒乓球大小的中子星相當(dāng)于地球上一座山的重量。這是20世紀(jì)激動(dòng)人心的重大發(fā)現(xiàn),,為人類探索自然開辟了新的領(lǐng)域,,而且對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響,成為上世紀(jì)60年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)之一,。 中子星的發(fā)現(xiàn)1967年,,天文學(xué)家偶然接收到一種奇怪的電波。這種電波每隔1—2秒發(fā)射一次,,就像人的脈搏跳動(dòng)一樣,。人們?cè)欢劝阉?dāng)成是宇宙人的呼叫,轟動(dòng)一時(shí),。后來,,英國(guó)科學(xué)家休伊什終于弄清了這種奇怪的電波,原來來自一種前所未知的特殊恒星,,即脈沖星,。這一新發(fā)現(xiàn)使休伊什獲得了1974年的諾貝爾獎(jiǎng)。到目前為止,,已發(fā)現(xiàn)的脈沖星已超過300個(gè),它們都在銀河系內(nèi)。蟹狀星云的中心就有一顆脈沖星。脈沖星是本世紀(jì)60年代四大天文發(fā)現(xiàn)之一 (其他三個(gè)是:類星體,、星際有機(jī)分子,、宇宙3K微波輻射)。因?yàn)樗煌5匕l(fā)出無線電脈沖,而且兩個(gè)脈沖之間的間隔(脈沖周期)十分穩(wěn)定,,準(zhǔn)確度可以與原子鐘媲美,。各種脈沖星的周期不同,長(zhǎng)的可達(dá)4.3秒,,短的只有0.3秒,。 脈沖星就是快速自轉(zhuǎn)的中子星。中子星很小,,一般半徑只有10千米,,質(zhì)量卻和太陽(yáng)差不多,質(zhì)量下限是0.1個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量,上限是3.2個(gè)(據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論,可以達(dá)到這個(gè)水平).是一種密度比白矮星還高的超密度恒星,。 中子星的前身一般是一顆質(zhì)量比太陽(yáng)大的恒星,。它在爆發(fā)坍縮過程中產(chǎn)生的巨大壓力,使它的物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大的變化,。在這種情況下,,不僅原子的外殼被壓破了,而且連原子核也被壓破了,。原子核中的質(zhì)子和中子便被擠出來,,質(zhì)子和電子擠到一起又結(jié)合成中子。最后,,所有的中子擠在一起,,形成了中子星。顯然,,中子星的密度,,即使是由原子核所組成的白矮星也無法和它相比。在中子星上,,每立方厘米物質(zhì)足足有10億噸重,。 當(dāng)恒星收縮為中子星后,自轉(zhuǎn)就會(huì)加快,,能達(dá)到每秒幾圈到幾十圈,。同時(shí),收縮使中子星成為一塊極強(qiáng)的“磁鐵”,,這塊“磁鐵”在它的某一部分向外發(fā)射出電波,。當(dāng)它快速自轉(zhuǎn)時(shí),就像燈塔上的探照燈那樣,,有規(guī)律地不斷向地球掃射電波,。當(dāng)發(fā)射電波的那部分對(duì)著地球時(shí),,我們就收到電波;當(dāng)這部分隨著星體的轉(zhuǎn)動(dòng)而偏轉(zhuǎn)時(shí),,我們就收不到電波,。所以,我們收到的電波是間歇的,。這種現(xiàn)象又稱為“燈塔效應(yīng)”,。 中子星的質(zhì)量極大,一個(gè)中子化的火柴盒大小的物質(zhì),,需要96000個(gè)火車頭才能拉動(dòng),!所以中子星的質(zhì)量是不可忽視的。 中子星的能量輻射是太陽(yáng)的100萬(wàn)倍,。按照目前世界上的用電情況.它在一秒鐘內(nèi)輻射的總能量若全部轉(zhuǎn)化為電能,,就夠我們地球用上幾十億年。 中子星并不是恒星的最終狀態(tài),,它還要進(jìn)一步演化,。由于它溫度很高,能量消耗也很快,,因此,,它的壽命只有幾億年。當(dāng)它的能量消耗完以后,,中子星將變成不發(fā)光的黑矮星,。 中子星的性質(zhì)作為一顆中子星,中子星具有許多非常獨(dú)特的性質(zhì),,這些性質(zhì)使我們大開眼界,。因?yàn)椋鼈兌际窃诘厍驅(qū)嶒?yàn)室中永遠(yuǎn)也無法達(dá)到的,,從而使我們更加深入地認(rèn)識(shí)到恒星的一些本質(zhì),。概括起來說,這些性質(zhì)是:?。?)無例外地都是很小的,,小得出奇。它的典型直徑只有10公里,,也就是說,,小小中子星的“腰圍”只有30多公里,相當(dāng)于一輛汽車以普通速度行駛1小時(shí)的距離,??墒牵褪沁@么顆小個(gè)子恒星,,卻有那么多的極端的物理?xiàng)l件,,也真是夠驚人的,! (2)密度大得驚人,。密度一般用1立方厘米有多少克來表示,,水的密度是每立方厘米重1克,鐵是7.9克,,汞是13.6克。如果我們從脈沖星上面取下1立方厘米物質(zhì),,稱一下,,它可重1億噸以上、甚至達(dá)到10億噸,。假定我們地球的密度也達(dá)到這種聞所未聞的驚人程度的話,,那它的平均直徑就不是12740公里,而是一二百米或更小,。 ?。?)溫度高得驚人。據(jù)估計(jì),,中子星的表面溫度就可以達(dá)到1000萬(wàn)度,,中心還要高數(shù)百萬(wàn)倍,譬如說達(dá)到60億度,。我們以太陽(yáng)來作比較,,就可以有個(gè)稍具體的概念:太陽(yáng)表面溫度6000攝氏度不到,越往里溫度越高,,中心溫度約1500萬(wàn)度,。 (4)壓力大得驚人,。我們地球中心的壓力大約是300多萬(wàn)個(gè)大氣壓,,即我們平常所說的1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的300多萬(wàn)倍。脈沖星的中心壓力據(jù)認(rèn)為可以達(dá)到10000億億億個(gè)大氣壓,,比地心壓力強(qiáng)30萬(wàn)億億倍,,比太陽(yáng)中心強(qiáng)3億億倍。 ?。?)特別強(qiáng)的磁場(chǎng),。在地球上,地球磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)度最大,,但也只有0.7高斯(高斯是磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位),。太陽(yáng)黑子的磁場(chǎng)更是強(qiáng)得不得了,約1000~4000高斯,。而大多數(shù)脈沖星表面極區(qū)的磁場(chǎng)強(qiáng)度就高達(dá)10000億高斯,,甚至20萬(wàn)億高斯,。 脈沖星都是我們銀河系內(nèi)的天體,距離一般都是幾千光年,,最遠(yuǎn)的達(dá)55000光年左右,。根據(jù)一些學(xué)者的估計(jì),銀河系內(nèi)中子星的總數(shù)至少應(yīng)該在20萬(wàn)顆以上,,到80年代末,,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了的還不到估計(jì)數(shù)的千分之五。今后的觀測(cè),、研究任務(wù)還很艱巨,。 中子星從發(fā)現(xiàn)至今,只有短短二三十年的時(shí)間,,盡管如此,,不論在推動(dòng)天體演化的研究方面,在促進(jìn)物質(zhì)在極端條件下的物理過程和變化規(guī)律的研究方面,,它已經(jīng)為科學(xué)家們提供了非常豐富而不可多得的觀測(cè)資料,,作出了貢獻(xiàn)。同時(shí),,它也在這個(gè)新開拓的領(lǐng)域內(nèi),,向人們提出了一連串的問題和難解的謎。 天文信息2007年3月20日光明網(wǎng)-光明日?qǐng)?bào):歐洲空間局的科學(xué)家最近宣布,他們借助強(qiáng)大的“Integral”天文望遠(yuǎn)鏡,發(fā)現(xiàn)了迄今轉(zhuǎn)速最快的中子星,每秒旋轉(zhuǎn)1122圈,比地球自轉(zhuǎn)快1億倍,。最先觀測(cè)到這顆星的西班牙天文學(xué)家?guī)炜死照f,早在1999年便已發(fā)現(xiàn)了這顆代號(hào)為J1739-285的中子星,但不久前才通過望遠(yuǎn)鏡算出它的轉(zhuǎn)速,。 這顆中子星的直徑約10公里,但質(zhì)量卻與太陽(yáng)相近,其密度驚人,高達(dá)每立方厘米1億噸。其巨大引力從臨近恒星不斷奪取大量炙熱氣體,并不斷誘發(fā)熱核爆炸,。 天文學(xué)家正是通過這種現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了它,。此前的中子星自轉(zhuǎn)紀(jì)錄是每秒716圈,恒星轉(zhuǎn)速一般在每秒270-715 圈。700圈曾被認(rèn)為是天體旋轉(zhuǎn)極限,按目前的物理學(xué)理論,轉(zhuǎn)速超過此極限,恒星將被強(qiáng)大離心力摧毀或化為黑洞,。但最新發(fā)現(xiàn)否定了這一看法,。 理論上,每秒1122轉(zhuǎn)并不是旋轉(zhuǎn)極限,大型中子星轉(zhuǎn)速有可能高達(dá)3000轉(zhuǎn)。令天文學(xué)家困惑的是,為什么天體在高速旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)大離心力下,卻依然會(huì)不斷收縮,而且不損失自身物質(zhì),。 然而,,榮譽(yù)出現(xiàn)了歸屬爭(zhēng)議。1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)桂冠只戴在導(dǎo)師休伊什的頭上,,完全忽略了學(xué)生貝爾的貢獻(xiàn),,輿論一片嘩然。英國(guó)著名天文學(xué)家霍伊爾爵士在倫敦《泰晤士報(bào)》發(fā)表談話,,他認(rèn)為,,貝爾應(yīng)同休伊什共享諾貝爾獎(jiǎng),并對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)授獎(jiǎng)前的調(diào)查工作欠周密提出了批評(píng),甚至認(rèn)為此事件是諾貝爾獎(jiǎng)歷史上一樁丑聞,、性別歧視案,。霍伊爾還認(rèn)為,,貝爾的發(fā)現(xiàn)是非常重要的,,但她的導(dǎo)師竟把這一發(fā)現(xiàn)扣壓半年,從客觀上講就是一種盜竊,。更有學(xué)者指出,,“貝爾小姐作出的卓越發(fā)現(xiàn),讓她的導(dǎo)師休伊什贏得了諾貝爾物理獎(jiǎng)”,。著名天文學(xué)家曼徹斯特和泰勒所著《脈沖星》一書的扉頁(yè)上寫道:“獻(xiàn)給喬瑟琳·貝爾,,沒有她的聰明和執(zhí)著,我們不能獲得脈沖星的喜悅,。” 關(guān)于脈沖星真正發(fā)現(xiàn)者的爭(zhēng)論和對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)的質(zhì)疑,,已經(jīng)歷了40年,。40年后的今天,它再次成為關(guān)注話題?;厥淄?,作為導(dǎo)師的休伊什獲得了諾貝爾獎(jiǎng),無可厚非,,但貝爾失去殊榮,,卻令人感到惋惜。如果沒有貝爾對(duì)“干擾”信號(hào)一絲不茍的追究,,他們可能錯(cuò)過脈沖星的發(fā)現(xiàn),。若把諾貝爾獎(jiǎng)“競(jìng)賽”比作科學(xué)“奧運(yùn)會(huì)”,那么,,40年前的“裁判”們顯然吹了“黑哨”,,至少是誤判,這玷污了諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)公正權(quán)威性。 最近,,貝爾訪問北京期間,,筆者與她談起脈沖星的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷和對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)的看法,她說,,脈沖星發(fā)現(xiàn)后不久,,她就被迫離開了劍橋大學(xué)。沉默稍許,她直言,上世紀(jì)60年代,,科學(xué)機(jī)構(gòu)普遍存在忽視學(xué)生貢獻(xiàn)的傾向,,特別是女學(xué)生。導(dǎo)師經(jīng)常以“上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)”自居,將學(xué)生成果竊為己有,然后想辦法把學(xué)生一腳踢開,。然而,1993年,,兩位美國(guó)天文學(xué)家因發(fā)現(xiàn)脈沖星雙星而榮獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí),,諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)格外精心,邀請(qǐng)貝爾參加了頒獎(jiǎng)儀式,算是一種補(bǔ)償吧,。1968年,離開劍橋后,,她和休伊什沒有再合作,直到上世紀(jì)80年代,,他們才在一次國(guó)際會(huì)議上相見,,并握手言和。脈沖星發(fā)現(xiàn)以來,,除了諾貝爾獎(jiǎng),,她榮獲了十幾項(xiàng)世界級(jí)科學(xué)獎(jiǎng),并成為科學(xué)大使,。 中子星和黑洞是宇宙中密度和引力最強(qiáng)大的兩類頗具神秘感的天體,。光是中子星就已經(jīng)夠不可思議了,偏偏還要添上黑洞,。它是宇宙中的死亡陷阱和無底深淵,,沒有物質(zhì)能擺脫它的強(qiáng)大引力,包括光線,。在它附近,,今天的所有物理定律都顯得不適用了。 我們知道,,當(dāng)恒星走完其漫長(zhǎng)的一生后,,小質(zhì)量和中等質(zhì)量的恒星將成為一顆白矮星,大質(zhì)量和超大質(zhì)量的恒星則會(huì)導(dǎo)致一次超新星爆發(fā),。超新星爆發(fā)后恒星如何演變將取決于剩下星核的質(zhì)量,。印度天體物理學(xué)家昌德拉塞卡于上世紀(jì)三十年代末發(fā)現(xiàn),當(dāng)留下的星核質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的一點(diǎn)四倍時(shí),,其引力將大到足以把星核內(nèi)的原子壓縮到使電子和質(zhì)子結(jié)合成中子的程度,。此時(shí)這顆星核就成了一顆中子星,其密度相當(dāng)于把一個(gè)半太陽(yáng)的質(zhì)量塞進(jìn)直徑約二十四公里的一個(gè)核內(nèi),。 這是一個(gè)單個(gè)的中子星,,其表面溫度高達(dá)一百二十多萬(wàn)度,直徑只有二十八公里,。(HST) 以兩百倍音速高速運(yùn)動(dòng)著的中子星,,距地球約兩百光年。三十萬(wàn)年后將對(duì)地球產(chǎn)生輕微影響,。(HST) 在星系中漂浮的單個(gè)恒星級(jí)黑洞,,它引起的引力透鏡現(xiàn)象使位于其后方的恒星產(chǎn)生了兩個(gè)像。(HST) 位于NGC6251中心發(fā)出強(qiáng)烈紫外線輻射的塵埃盤,其內(nèi)部可能存在一個(gè)巨型黑洞,。(HST) 橢圓星系NGC7052中心的塵埃盤,,其中央可能有一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)三億倍的超級(jí)黑洞。(HST) 人馬座A(NGC5128)星系中心的塵埃盤,,其中有一個(gè)巨大的超級(jí)黑洞,。(HST) 中子星的特征中子星的表面溫度約為一百十萬(wàn)度,輻射χ射線,、γ射線和和可見光,。中子星有極強(qiáng)的磁場(chǎng),它使中子星沿著磁極方向發(fā)射束狀無線電波(射電波),。中子星自轉(zhuǎn)非??欤苓_(dá)到每秒幾百轉(zhuǎn),。中子星的磁極與兩極通常不吻合,,所以如果中子星的磁極恰好朝向地球,那么隨著自轉(zhuǎn),,中子星發(fā)出的射電波束就會(huì)像一座旋轉(zhuǎn)的燈塔那樣一次次掃過地球,,形成射電脈沖。人們又稱這樣的天體為“脈沖星”,。超新星爆發(fā)后,如果星核的質(zhì)量超過了太陽(yáng)質(zhì)量的兩至三倍,,那它將繼續(xù)坍縮,,最后成為一個(gè)體積無限小而密度無窮大的奇點(diǎn),從人們的視線中消失,。圍繞著這個(gè)奇點(diǎn)的是一個(gè)“無法返回”的區(qū)域,,這個(gè)區(qū)域的邊界稱為“視野”或“事件地平”,區(qū)域的半徑叫做“史瓦西半徑”,。任何進(jìn)入這個(gè)區(qū)域的物質(zhì),,包括光線,都無法擺脫這個(gè)奇點(diǎn)的巨大引力而逃逸,,它們就像掉進(jìn)了一個(gè)無底深淵,,永遠(yuǎn)不可能返回。 天文學(xué)家稱這種由于恒星死亡形成的天體為恒星級(jí)黑洞,。一般認(rèn)為,,宇宙中的大多數(shù)黑洞是由恒星坍縮形成的。此外,,在許多恒星系的中心也有一個(gè)因引力坍縮而形成的超大質(zhì)量黑洞,,比如在類星體星系的中心。在宇宙誕生初期可能曾經(jīng)形成過很多微型黑洞(太初黑洞),這些黑洞的體積很小,,質(zhì)量相當(dāng)于一座大山,。 雖然黑洞本身不可見,但可以用至少兩種方法檢測(cè)出它的存在,。當(dāng)一個(gè)黑洞吸引塵埃,、氣體或恒星時(shí),它的強(qiáng)大引力會(huì)把這些物質(zhì)撕碎成原子微粒,,原子微粒會(huì)從黑洞的邊緣沿螺旋線墜向中心,,速度會(huì)越來越快,直至達(dá)到每秒九百多公里,。當(dāng)物體被黑洞吞沒時(shí),,會(huì)因?yàn)榛ハ嗯鲎捕箿囟壬仙綆装偃f(wàn)度,并發(fā)出χ射線和γ射線,。在宇宙中,,只有黑洞能使物體在密集的軌道上加速到如此高的速度;也只有黑洞才會(huì)以這種方式發(fā)射χ射線和γ射線,。 任何物質(zhì)或輻射到達(dá)黑洞邊緣,,越過它的視界就永遠(yuǎn)消失了。在黑洞的奇點(diǎn)附近,,現(xiàn)有的任何物理定律都是不適用的,。黑洞的奇點(diǎn)和我們現(xiàn)已認(rèn)識(shí)的宇宙中的所有物質(zhì)狀態(tài)截然不同。到目前為止,,還沒有任何科學(xué)方法能用來測(cè)量黑洞?,F(xiàn)在我們說找到了一個(gè)黑洞都是通過間接途徑推算出來的。 |
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