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脈衝星為何如此詭異?“慧眼”要給他們把把脈
2017-06-18 10:21:44 來源: 新華社
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  新華社北京6月17日電(記者喻菲 全曉書 屈婷)宇宙中有一種詭異的天體——脈衝星,它們最初被人類發現時曾被誤以為是外星人發出的信號,它們身上還有很多未解之謎。中國6月15日發射的硬X射線調制望遠鏡“慧眼”,將對銀河係內的脈衝星開展觀測研究,期望揭開它們身上的諸多謎團。

  “慧眼”首席科學家、中科院高能所粒子天體物理中心主任張雙南説:“我們還並不知道脈衝星的內部是什麼,只是理論預言過恒星演化會形成這樣一種天體,裏面的物質是以中子為主。”

  “但現在的物理理論還不能很好地描述這種狀態下的物質,因為地球上的實驗室達不到這樣的密度,因而我們只能進一步去觀測。”張雙南説。

  宇宙燈塔

  宇宙燈塔“脈衝星”

  大質量恒星壽命終結時在超新星爆發中粉身碎骨,外層被炸飛,如果恒星遺留下的內核質量超過太陽的1.4倍,就會坍縮成主要由中子以及少量的電子和質子組成的中子星。以均勻的時間間隔輻射脈衝的中子星被稱為脈衝星。所謂脈衝就像人的脈搏一樣,一下一下出現短促的信號。

  為什麼人類可以收到這樣有規律的脈衝信號呢?這是因為帶電粒子沿著脈衝星的磁力線旋轉運動,産生了輻射束,而輻射束的放射軸和中子星的自轉軸並不一致。中子星沿著自轉軸高速旋轉,只有輻射束恰好掃過地球時,才能被觀測到,因而形成了脈衝,脈衝的周期其實就是脈衝星的自轉周期。

  對人類來説,中子星實在太詭異。中子星的個頭只有一座小型城市那麼大,但質量卻是地球的50萬倍。假設有一個天平,一端盛上一茶匙的中子星物質,另一端需要一座高達3000米的山峰才能抵得住這麼一丁點中子星物質。

  一茶匙的中子星物質需要一座高達3000米的山峰才能抵得住

  對于想造訪中子星的人來説,在中子星上著陸將永無可能。中子星表面強大的引力瞬間就會把飛船以及裏面的一切都壓成一攤糊狀的亞原子粒子。中子星上的山峰高度是以毫米為單位度量的,而不像我們地球上的千米單位。然而中子星上幾毫米高度的山峰所包含的物質質量一點也不比地球上高聳的山峰少。

  脈衝星自轉具有極其穩定的周期,被譽為自然界最精準的天文時鐘。科學家相信,未來脈衝星可以成為人類在宇宙中航行的燈塔,為近地軌道、深空和星際空間飛行的航天器導航。

  曾被當成“小綠人”

  由于過于怪異,盡管在20世紀30年代就有科學家預言了中子星的存在,但一直沒有得到證實。

  1967年10月,英國劍橋大學卡文迪許實驗室24歲的研究生喬斯琳·貝爾在檢測一臺射電望遠鏡信號時發現了一些奇怪而有規律的脈衝信號,貝爾立即把這個發現報告給她的導師休伊什。起初科學家以為那是外星人在尋找宇宙中的知音,並以“小綠人(LGM)”來命名這個神奇的信號。但是,在接下來不到半年的時間裏,科學家又陸陸續續發現了數個這樣的脈衝信號,因而排除了外星人的可能。1968年2月,貝爾和休伊什聯名在英國《自然》雜志上報告發現了新型天體——脈衝星。

  科學家計算發現,只有像中子星那樣體積小、質量大、密度大的天體才有可能産生這樣的脈衝強度和頻率。由此,中子星才真正從假説成為事實。

  至今,科學家已發現了2000多顆脈衝星。

  為脈衝星號脈

  張雙南説,脈衝星同時具有超強的引力場、電磁場和核密度,可謂極端物理的天然實驗室。通過研究脈衝星的X射線輻射,將可以測量其表面的磁場強度,研究高密度、強磁場下物質的性質。

  “我們在實驗室裏能制造出的最強磁場只有幾個特斯拉,而中子星表面的磁場比地球上最好的實驗室所制造出的最強的磁場強度至少高百萬倍,強到它周圍的真空都成為晶體。這樣的物理規律是有理論預言的,但這個理論對不對,要通過觀測來驗證。另外,中子星可能是已知宇宙中能量最高的加速器,所以很多無法在地球上的加速器開展的實驗可以通過觀測中子星來研究。”張雙南説。

  透過X射線望遠鏡,我們將看到宇宙狂野、暴躁的一面

  “慧眼”衛星有效載荷總師盧方軍説,對脈衝星的周期長期監測,有助于解決脈衝星的能量來源之謎。

  “慧眼”地面應用係統副總師宋黎明説,脈衝星的脈衝是怎麼來的?現在還沒有徹底解決。脈衝星周圍有很強的磁場是怎麼來的?它和內部結構有什麼聯係?脈衝星的輻射機制是什麼樣的?“慧眼”衛星能為解決這些問題提供支持,推動這些研究的進展。

  (制圖:圖片由新華社記者賀萌手繪)

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【糾錯】 責任編輯: 薛濤
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