脈衝星作爲現代天文的發現之一,其脈衝究竟是怎樣產生的
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脈衝星發射射電脈衝這個結論引起了巨大的轟動。因爲雖然早在30年代,中子星就作爲假說而被提了出來,但是一直沒有得到證實,人們也不曾觀測到中子星的存在。而且因爲理論預言的中子星密度大得超出了人們的想象,在當時,人們還普遍對這個假說抱懷疑的態度。下面小編就爲大家帶來詳細的介紹,一起來看看吧!
直到脈衝星被發現後,經過計算,它的脈衝強度和頻率只有像中子星那樣體積小、密度大、質量大的星體才能達到。這樣,中子星才真正由假說成爲事實。這真是上世紀天文學上的一件大事。因此,脈衝星的發現,被稱爲二十世紀六十年代的四大天文學重要發現之一。
脈衝星是20世紀60年代天文的四大發現之一。至今,脈衝星已被我們找到了不少於1620多顆,並且已得知它們就是高速自轉着的中子星。
脈衝星有個奇異的特性——短而穩定的脈衝週期。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訊號,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(編號爲PSR-J1748-2446)的,最長的也不過11.765735秒(編號爲PSR-J1841-0456)。那麼,這樣有規則的脈衝究竟是怎樣產生的呢?
天文學家已經探測、研究得出結論,脈衝的形成是由於脈衝星的高速自轉。那爲什麼自轉能形成脈衝呢?原理就像我們乘坐輪船在海里航行,看到過的燈塔一樣。設想一座燈塔總是亮着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。脈衝星也是一樣,當它每自轉一週,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”。脈衝的週期其實就是脈衝星的自轉週期。然而燈塔的光只能從窗口射出來,是不是說脈衝星也只能從某個“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,太陽表面到處發亮,中子星則只有兩個相對着的小區域才能輻射出來,其他地方輻射是跑不出來的。即是說中子星表面只有兩個亮斑,別處都是暗的。
這是什麼原因呢?原來,中子星本身存在着極大的磁場,強磁場把輻射封閉起來,使中子星輻射只能沿着磁軸方向,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,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。燈塔模型是現在最爲流行的脈衝星模型。另一種磁場震盪模型還沒有被普遍接受。
脈衝星是高速自轉的中子星,但並不是所有的中子星都是脈衝星。因爲當中子星的輻射束不掃過地球時,我們就接收不到脈衝信號,此時中子星就不表現爲脈衝星了。
脈衝星的一般符號是PSR。例如,第一個脈衝星就記爲PSR1919+21。1919表示這個脈衝星的赤經是19小時19分;+21表示脈衝星的赤緯是北緯21度。
雙脈衝星PSRJ0737-3039A/B的發現,讓人們欣喜若狂。它是由兩個脈衝星形成的雙星系統。
能夠發現雙脈衝星系統,確實是非常幸運的事情。對PSRJ0737-3039A進行計算以後,科學家預言它的脈衝輪廓形狀會發生較快的演化,甚至預言在2020年左右,它的光束會由於軸線進動而從我們的視線中消失,但是,仔細的觀測結果顯示,預期的脈衝輪廓形狀根本就沒有發生變化,這對科學家的打擊可是不小。預言的失敗讓我們感到,脈衝星的燈塔模型似乎存在着問題。
特徵
錐形掃射1968年有人提出脈衝星是快速旋轉的中子星。中子星具有強磁場,運動的帶電粒子發出同步輻射,形成與中子星一起轉動的射電波束。由於中子星的自轉軸和磁軸一般並不重合,每當射電波束掃過地球時,就接收到一個脈衝。
恆星在演化末期,缺乏繼續燃燒所需要的核反應原料,內部輻射壓降低,由於其自身的引力作用逐漸坍縮。質量不夠大(約數倍太陽質量)的恆星坍縮後依靠電子簡併壓力與引力相抗衡,成爲白矮星,而在質量比這還大的恆星裏面,電子被壓入原子核,形成中子,這時候恆星依靠中子的簡併壓與引力保持平衡,這就是中子星。
典型中子星的半徑只有幾公里到十幾公里,質量卻在1-2倍太陽質量之間,因此其密度可以達到每立方厘米上億噸。由於恆星在坍縮的時候角動量守恆,坍縮成半徑很小的中子星後自轉速度往往非常快。又因爲恆星磁場的磁軸與自轉軸通常不平行,有的夾角甚至達到90度,而電磁波只能從磁極的位置發射出來,形成圓錐形的輻射區。
此外在持脈衝星便是中子星的證據中,其中一個便是我們在蟹狀星雲確實也發現了一個週期約0.033s的波霎。
脈衝星靠消耗自轉能而彌補輻射出去的能量,因而自轉會逐漸放慢。但是這種變慢非常緩慢,以致於信號週期的精確度能夠超過原子鐘。而從脈衝星的週期就可以推測出其年齡的大小,週期越短的脈衝星越年輕。
脈衝星的特徵除高速自轉外,還具有極強的磁場,電子從磁極射出,輻射具有很強的方向性。由於脈衝星的自轉軸和它的磁軸不重合,在自轉中,當輻射向着觀測者時,觀測者就接收到了脈衝。到1999年,已發現1000顆脈衝星。
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