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發(fā)現(xiàn)

1967年10月，劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）的安東尼·休伊什（Antony Hewish）教授的研究生——24歲的喬絲琳·貝爾·伯奈爾（Jocelyn Bell Burnell）檢測射電望遠(yuǎn)鏡收到的信號時無意中發(fā)現(xiàn)了一些有規(guī)律的脈沖信號，它們的周期十分穩(wěn)定，為1.337秒。起初她以為這是外星人“小綠人”（LGM）發(fā)來的信號，但在接下來不到半年的時間里，又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個這樣的脈沖信號。后來人們確認(rèn)這是一類新的天體，并把它命名為“脈沖星”。脈沖星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子一道，并稱為20世紀(jì)60年代天文學(xué)“四大發(fā)現(xiàn)”。安東尼·休伊什教授本人也因脈沖星的發(fā)現(xiàn)而榮獲1974年的諾貝爾物理學(xué)獎，盡管人們對貝爾小姐未能獲獎而頗有微詞。

值得一提的是，1967年阿拉斯加彈道導(dǎo)彈預(yù)警中心的雷達(dá)控制人員觀察到了一些脈沖信號源并確認(rèn)他們來自天體。這一發(fā)現(xiàn)早于劍橋大學(xué)的研究人員，但由于軍事保密要求，直到21世紀(jì)才被世人所知。

脈沖星的特征

  錐形掃射

1968年有人提出脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星 。中子星具有強磁場，運動的帶電粒子發(fā)出同步輻射，形成與中子星一起轉(zhuǎn)動的射電波束。由于中子星的自轉(zhuǎn)軸和磁軸一般并不重合，每當(dāng)射電波束掃過地球時，就接收到一個脈沖。

恒星在演化末期，缺乏繼續(xù)燃燒所需要的核反應(yīng)原料，內(nèi)部輻射壓降低，由于其自身的引力作用逐漸坍縮。質(zhì)量不夠大(約數(shù)倍太陽質(zhì)量)的恒星坍縮后依靠電子簡并壓力與引力相抗衡，成為白矮星，而在質(zhì)量比這還大的恒星里面，電子被壓入原子核，形成中子，這時候恒星依靠中子的簡并壓與引力保持平衡，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(zhì)量卻在1-2倍太陽質(zhì)量之間，因此其密度可以達(dá)到每立方厘米上億噸。由于恒星在坍縮的時候角動量守恒，坍縮成半徑很小的中子星后自轉(zhuǎn)速度往往非常快。又因為恒星磁場的磁軸與自轉(zhuǎn)軸通常不平行，有的夾角甚至達(dá)到90度，而電磁波只能從磁極的位置發(fā)射出來，形成圓錐形的輻射區(qū)。

此外，在脈沖星便是中子星的證據(jù)中，其中一個便是我們在蟹狀星云（M1；原天關(guān)客星，SN 1054）確實也發(fā)現(xiàn)了一個周期約0.033s的脈沖星。

脈沖星靠消耗自轉(zhuǎn)能而彌補輻射出去的能量，因而自轉(zhuǎn)會逐漸放慢。但是這種變慢非常緩慢，以致于信號周期的精確度能夠超過原子鐘。 而從脈沖星的周期就可以推測出其年齡的大小，周期越短的脈沖星越年輕。

毫秒脈沖星

20世紀(jì)80年代，人們又發(fā)現(xiàn)了一類所謂的 毫秒脈沖星 ，它們的周期非常短，只有毫秒量級，之前的儀器雖然能探測到，但是很難將脈沖分辨出來。研究發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星并不年輕，這就對傳統(tǒng)的“周期越短越年輕”的理論提出了挑戰(zhàn)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星與密近雙星有關(guān)。

脈沖雙星

1974年，美國的拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒發(fā)現(xiàn)了第一個脈沖雙星系統(tǒng)。它由一顆脈沖星，PSR 1913+16，與一顆中子星構(gòu)成，軌道周期很短，僅為7.75小時。軌道的偏心率為0.617。當(dāng)兩顆子星相互靠得很近時，極強的引力輻射會導(dǎo)致它們的距離愈加靠近，軌道周期會逐漸變短。通過精確地測量射電脈沖雙星軌道周期的變化可以檢測引力波的存在，驗證廣義相對論。赫爾斯和泰勒也因此獲得1993年的諾貝爾物理學(xué)獎。

2003年4月，研究人員發(fā)現(xiàn)PSRJ0737－3039A的周期為22毫秒，并且在有規(guī)律地變化。人們認(rèn)為這是一個罕見的雙脈沖星系統(tǒng)，兩顆子星都是脈沖星，并且輻射束都掃過地球。觀測顯示，這對雙脈沖星系統(tǒng)的A星是一顆1.337太陽質(zhì)量的毫秒脈沖星，周期22毫秒，B星是一顆1.251太陽質(zhì)量的正常脈沖星，周期2.27秒。兩顆子星相互環(huán)繞的軌道周期僅為2.4小時，軌道偏心率為0.088,平均速度達(dá)到0.1%光速。這個雙脈沖星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)為檢測引力波的存在帶來了新的希望。

命名規(guī)則

脈沖星的命名由脈沖星英文pulsar的縮寫PSR加上其赤經(jīng)赤緯坐標(biāo)組成。如PSR B1937+21，1937是指該脈沖星位于赤經(jīng)19 37 ，+21是指其位于赤緯+21°，B意味著赤經(jīng)赤緯值是歸算到歷元1950年的值。此外，J則表示赤經(jīng)赤緯值是歸算到歷元2000年的值。

著名的脈沖星

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星：PSR1919+21，也就是上文貝爾小姐發(fā)現(xiàn)的那顆脈沖星，位于狐貍座方向，周期為1.33730119227秒。

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖雙星：PSR B1913+16

人類發(fā)現(xiàn)的第一個毫秒脈沖星：PSR B1937+21

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆帶有行星系統(tǒng)的脈沖星：PSR B1257+12

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆雙脈沖星系統(tǒng)：PSR J0737-3039

參閱

脈沖星行星

PSR B1620-26

恒星演化

白矮星

中子星

黑洞

超新星

夸克星（奇異星）

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