脉冲星为何如此诡异?“慧眼”要给他们把把脉

2017年06月18日16:47  来源:新华社
 
原标题:脉冲星为何如此诡异?“慧眼”要给他们把把脉

  新华社北京6月17日电(记者喻菲 全晓书 屈婷)宇宙中有一种诡异的天体——脉冲星,它们最初被人类发现时曾被误以为是外星人发出的信号,它们身上还有很多未解之谜。中国6月15日发射的硬X射线调制望远镜“慧眼”,将对银河系内的脉冲星开展观测研究,期望揭开它们身上的诸多谜团。

  “慧眼”首席科学家、中科院高能所粒子天体物理中心主任张双南说:“我们还并不知道脉冲星的内部是什么,只是理论预言过恒星演化会形成这样一种天体,里面的物质是以中子为主。”

  “但现在的物理理论还不能很好地描述这种状态下的物质,因为地球上的实验室达不到这样的密度,因而我们只能进一步去观测。”张双南说。

  宇宙灯塔

  大质量恒星寿命终结时在超新星爆发中粉身碎骨,外层被炸飞,如果恒星遗留下的内核质量超过太阳的1.4倍,就会坍缩成主要由中子以及少量的电子和质子组成的中子星。以均匀的时间间隔辐射脉冲的中子星被称为脉冲星。所谓脉冲就像人的脉搏一样,一下一下出现短促的信号。

  为什么人类可以收到这样有规律的脉冲信号呢?这是因为带电粒子沿着脉冲星的磁力线旋转运动,产生了辐射束,而辐射束的放射轴和中子星的自转轴并不一致。中子星沿着自转轴高速旋转,只有辐射束恰好扫过地球时,才能被观测到,因而形成了脉冲,脉冲的周期其实就是脉冲星的自转周期。

  对人类来说,中子星实在太诡异。中子星的个头只有一座小型城市那么大,但质量却是地球的50万倍。假设有一个天平,一端盛上一茶匙的中子星物质,另一端需要一座高达3000米的山峰才能抵得住这么一丁点中子星物质。

  对于想造访中子星的人来说,在中子星上着陆将永无可能。中子星表面强大的引力瞬间就会把飞船以及里面的一切都压成一摊糊状的亚原子粒子。中子星上的山峰高度是以毫米为单位度量的,而不像我们地球上的千米单位。然而中子星上几毫米高度的山峰所包含的物质质量一点也不比地球上高耸的山峰少。

  脉冲星自转具有极其稳定的周期,被誉为自然界最精准的天文时钟。科学家相信,未来脉冲星可以成为人类在宇宙中航行的灯塔,为近地轨道、深空和星际空间飞行的航天器导航。

  曾被当成“小绿人”

  由于过于怪异,尽管在20世纪30年代就有科学家预言了中子星的存在,但一直没有得到证实。

  1967年10月,英国剑桥大学卡文迪许实验室24岁的研究生乔斯琳·贝尔在检测一台射电望远镜信号时发现了一些奇怪而有规律的脉冲信号,贝尔立即把这个发现报告给她的导师休伊什。起初科学家以为那是外星人在寻找宇宙中的知音,并以“小绿人(LGM)”来命名这个神奇的信号。但是,在接下来不到半年的时间里,科学家又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号,因而排除了外星人的可能。1968年2月,贝尔和休伊什联名在英国《自然》杂志上报告发现了新型天体——脉冲星。

  科学家计算发现,只有像中子星那样体积小、质量大、密度大的天体才有可能产生这样的脉冲强度和频率。由此,中子星才真正从假说成为事实。

  至今,科学家已发现了2000多颗脉冲星。

  为脉冲星号脉

  张双南说,脉冲星同时具有超强的引力场、电磁场和核密度,可谓极端物理的天然实验室。通过研究脉冲星的X射线辐射,将可以测量其表面的磁场强度,研究高密度、强磁场下物质的性质。

  “我们在实验室里能制造出的最强磁场只有几个特斯拉,而中子星表面的磁场比地球上最好的实验室所制造出的最强的磁场强度至少高百万倍,强到它周围的真空都成为晶体。这样的物理规律是有理论预言的,但这个理论对不对,要通过观测来验证。另外,中子星可能是已知宇宙中能量最高的加速器,所以很多无法在地球上的加速器开展的实验可以通过观测中子星来研究。”张双南说。

  “慧眼”卫星有效载荷总师卢方军说,对脉冲星的周期长期监测,有助于解决脉冲星的能量来源之谜。

  “慧眼”地面应用系统副总师宋黎明说,脉冲星的脉冲是怎么来的?现在还没有彻底解决。脉冲星周围有很强的磁场是怎么来的?它和内部结构有什么联系?脉冲星的辐射机制是什么样的?“慧眼”卫星能为解决这些问题提供支持,推动这些研究的进展。

  (制图:图片由新华社记者贺萌手绘)

(责编:吴亚雄、李岩)

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