脈衝星為什麼能產生脈衝?

2020-12-05 小派愛科學

答|百度派 @id真難取

今天帶大家了解一下脈衝星為什麼能產生脈衝。

脈衝星是一種體積小、密度大、高速旋轉 的恆星,它在旋轉的同時發出窄束無線電波,就像旋轉的燈塔,只有它朝向我們的時候才 能夠檢測到這些無線電波。所以從地球上看, 這種奇怪的恆星發出的好像是脈衝信號。

脈衝星是一種中子星:有時,巨大的恆 星會在激變爆炸中結束生命,而中子星就是這種爆炸的產物。一個中等大小的恆星(如太陽)有上百 萬個地球那麼大。而一個巨星或超巨星的直徑是太陽的101000倍,中子星就是一個 如此巨大的恆星塌陷為一個城市的大小之後形成的。這就是中子星的不同之處,它具有 普通恆星的質量,但體積卻小到難以想像的程度 湯匙大小的中子星物質足有10億噸重。

恆星爆炸後的殘留物質會發生塌陷,塌 陷時,它的重力越來越強,原子則被擠得越來越靠近。在一般情況下,原子之間會保持 一定距離,因為原子中繞原子核運動的電子 使原子間相互排斥。但在中子星中,電子受到強大的擠壓離開原來的軌道,進入原子中 心。原子的中心是原子核,由質子和中子組成,進入原子核的電子與質子發生反應,形 成更多中子。最終,該恆星充滿了中子,於 是中子星就形成了。

科學家認為,中子星在人類發現它之 前已經存在很長時間了。1967年11月,人 類第一次發現它存在的跡象:英國的一個 射電望遠鏡陣列發現了宇宙中一個新的無線電波源。宇宙中有許多種無線電波源,比如說,在 恆星間漂移的水分子和氨分子就會發出無線電波,這些無線電波可以被射電望遠鏡的碟 形天線接收。脈衝星發出的無線電波與其他無線電波 都不相同。喬瑟琳貝爾是一位研究生,當她偶然發現這些奇怪的信號時,她仔細研究 了這些電波的特點,她驚奇地發現,這個無 線電波源規律地發出無線電波——每次間隔 時間是1.337秒。貝爾的發現公之於眾後,很多人以為她 發現了地外文明建造的無線

電信

標機,但是幾個月之後,另一個脈衝射電源被發現了。於 是,科學家不再認為貝爾發現的是人造物體 發出的無線電波。天文學家最終認定,這些 無線電波源是恆星塌陷的產物,並將其命名為脈衝星。事實證明,脈衝星是中子星的一 種。從此之後,成百上千的脈衝星陸續掲開 了它們神秘的面紗。不過脈衝星為什麼會產生脈衝呢?科學 家認為是因為其高速自轉的緣故。所有的恆星都會自轉,太陽自轉一周需要近1個月。所 有旋轉的物體,當其縮小時旋轉速度都會加 快。想一想花樣滑冰運動員,當他們做旋轉動作時,慢慢地把手臂縮向胸前會讓他們轉 得越來越快。對於塌陷的恆星也是同樣的道 理。一個城市大小的脈衝星可以每秒自轉一 周,還有轉得更快的。再來看看脈衝是如何形成的。脈衝星有 強磁場,南北極附近的自由質子和電子沿著磁場線被掃射出來,當這些粒子加速時,就 會放出能量光子——從X射線到無線電波。因此,脈衝星旋轉時,窄束輻射閃出,就好 像旋轉的燈塔發出的光忽明忽暗。

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