Travel旅行 5535 字 10個月前

第7章 PSR B1919+21

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人造物體的可能;

色散測量:射電波穿過星際介質時,高頻波會比低頻波傳播得快,導致脈衝“展寬”。通過測量色散量,他們計算出信號源的距離約2000光年——來自銀河係內的恒星;

排除其他模型:他們考慮了所有已知的天體:白矮星?不可能,因為白矮星的自轉周期太長(幾小時到幾天);黑洞?不可能,因為黑洞不會發出射電信號;類星體?不可能,因為類星體的信號是連續的,不是脈衝。

三、脈衝星的確認:中子星的“現身”

1968年2月,休伊什和貝爾在《自然》雜誌上發表論文《旋轉中子星的射電脈衝》(RadioPulsesfromaRotatingNeutronStar),正式宣布:他們發現了一種新型天體——脈衝星,本質是旋轉的中子星。

3.1中子星的理論基礎:從“不可能”到“必須存在”

要理解脈衝星的本質,必須先回顧中子星的理論:

1931年,印度天文學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡(SubrahmanyanChandrasekhar)計算出:當恒星的質量超過1.4倍太陽質量(奧本海默-沃爾科夫極限)時,電子簡並壓力無法對抗引力,核心會坍縮成中子星——一種密度極高的天體(1立方厘米的質量相當於1億噸)。

1934年,沃爾特·巴德(WalterBaade)和弗裡茨·茲威基(FritzZwicky)提出:超新星爆發後,恒星的核心會坍縮成中子星,並釋放出巨大的能量。

但在此之前,中子星隻是理論上的“數學解”——沒有人觀測到它的存在。而脈衝星的發現,正好填補了這個空白。

3.2脈衝星的“燈塔模型”:為什麼會有周期性脈衝?

休伊什和貝爾提出的“燈塔模型”,完美解釋了脈衝星的脈衝機製:

中子星的自轉軸和磁軸不重合(就像地球的南北極不重合);

中子星的磁場極強(約1012高斯,是地球磁場的101?倍),會將帶電粒子加速到接近光速,從磁極附近發射出射電束;

當中子星旋轉時,射電束會像“燈塔的光柱”一樣掃過宇宙——如果地球剛好在射電束的路徑上,我們就會看到周期性的脈衝。

這個模型不僅解釋了脈衝的周期性,還解釋了為什麼脈衝星的周期非常穩定:中子星的自轉極其規律,誤差隻有百萬分之一秒\/年。

3.3PSRB1919+21的“身份證”:參數與特性

作為第一顆被確認的脈衝星,PSRB1919+21的參數至今仍是經典:

脈衝周期:1.秒(精確到小數點後7位);

位置:赤經19h19m12s,赤緯+21°48′00″(位於狐狸座);

距離:約2000光年(通過色散量計算);

周期變化率:每年減少約3.7×10?1?秒(說明中子星的自轉在緩慢減速,因為發射射電波會消耗能量);

磁場強度:約1012高斯(通過脈衝寬度和周期計算)。

四、發現的意義:開啟脈衝星研究的“黃金時代”

PSRB1919+21的發現,不僅讓休伊什和貝爾獲得了1974年的諾貝爾物理學獎(休伊什為主,貝爾為輔),更徹底改變了天文學的研究方向。

4.1證實中子星的存在:從理論到觀測

在此之前,中子星隻是理論家的“玩具”。而PSRB1919+21的發現,讓科學家第一次“看到”了中子星——它的自轉、磁場、密度,都符合理論預測。這不僅驗證了恒星演化理論,更開啟了致密天體物理學的新紀元。

4.2為引力波探測鋪路:中子星的“碰撞”

脈衝星的穩定周期,讓它成為探測引力波的“天然探測器”。1974年,天文學家發現了一對“雙脈衝星”(PSRB1913+16),它們的軌道正在緩慢縮小——這是引力波帶走能量的證據。2015年,LIGO探測到的第一個引力波信號,就是來自雙黑洞合並,但脈衝星的觀測,早已為引力波研究奠定了基礎。

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