13、什麽是脈衝星?

    1967年夏天，劍橋大學的赫維什和他的合作者，在十分偶然的情況下，探測到來自天空的一種從未探測到的射電輻射。這種射電輻射是非常有規則的、每隔1又1／3秒出現一次的脈衝。更確切地說，這種脈衝每隔1.33730109秒出現一次，發出這種脈衝的輻射源後來就被稱為脈衝星。


    接著，在這以後的幾年中，天文學家又陸續發現了很多這樣的脈衝星。說到這裏，你們也許會提出一個疑問：脈衝星為什麽未能更早發現呢？這是因為每一顆脈衝星雖然在一次脈衝當中都會輻射出大量的能量，但這些脈衝是如此的短暫，因此，射電波的平均強度是很低的。這就是天文學家為什麽一直沒有發現他們的原因。此外，由於天文學家在這以前都認為射電源是以穩定的水平輻射發出能量的，因此他們都沒有去認真尋找這樣的脈衝。


    後來，在蟹狀星雲中發現了一顆脈動得特別快的脈衝星，同時還發現這顆脈衝星能在可見光的範圍內發出輻射，而且光的閃爍正好和射電輻射的時間相一致。天文學家以前雖然曾多次觀測到這顆脈衝星，但都以為它不過是一顆普通的恒星，因此從未有人試圖用足夠靈敏的、能發現它每秒鍾會閃爍三十次的這樣一種觀測儀器去對它進行觀測。一顆脈動得這樣快的脈衝星，如果單憑肉眼或者僅僅依靠普通的儀器來進行觀察，它的光就似乎是很穩定的。


    然而，脈衝星到底是一種什麽樣的星呢？一個天體如果會以周期性的間歇發射出能量的話，那麽，在這間歇的時間內，它一定正在發生某種物理現象。例如，它也許是一個正在一會膨脹一會兒收縮的天體，並在每一次收縮時發射出一股能量。或者它也許正繞著自己的軸或圍繞著另一個天體運轉，並且每繞一周，就發射出一股能量。


    難以解決的一個問題是：這種脈動為什麽會進行得這樣快，長的是每4秒鍾脈動一次，短的則是每隔1／30秒就脈動一次。第一，這種脈衝星必定是一個非常熾熱的物體，否則它就不可能發射出這樣大的能量。第二，它必定是一個很小的天體，否則它絕不可能脈動得這樣快。


    科學工作者以往所觀測到的最小天體是白矮星。白矮星的質量可以和太陽的質量一樣大（其熾熱程度也可能和太陽差不多或者更大），但它的體積則不會比地球大。既然如此，這樣的白矮星是否可能通過膨脹或收縮或者通過自轉而發出脈衝來呢？會不會是兩顆白矮星在那裏彼此繞著轉動呢？但是，不論天文學家用什麽樣的理論來解釋這種現象，他們都無法想象出白矮星為什麽會運動得這樣快。


    既然不可能是白矮星，那麽，有沒有可能是更小一點的天體呢？天文學家曾經根據理論作出了一個預測，認為恒星在引力的作用下可能坍縮到非常致密的程度，以致恒星裏的所有原子核都被擠壓而彼此緊挨在一起。在這種情況下，電子和質子將會相互作用而形成中子，結果，這個恒星將會成為一團“中子漿”。這樣的“中子星”的質量可能有太陽那樣大，但直徑卻隻有十來公裏。


    不過，還沒有人探測到中子星；由於中子星是如此之小，所以有些天文學家擔心宇宙間即使有中子星存在，人們也無法探測到它。


    可是，這樣小的天體應當會飛快地自轉，因而就會產生這樣的脈衝。這是因為在這樣的天體上可能會出現這樣一些條件，使得其中的電子隻能通過該中子星表麵的某些點逃逸出來。這樣，當中子星自轉時，電子就會像一個旋轉著的噴頭中噴出的水那樣從其中噴射出來，每旋轉一周，就會朝地球的方向噴射出一些電子，從而產生射電波和可見光。


    美國康奈爾大學的戈爾德曾經指出，如果情況真是這樣，那麽，中子星將會逐漸失去能量，因此，它的脈動率就應當會逐漸減慢。他的推論經過了檢驗，並發現實際情況確是如此。因此，就目前看來，脈衝星很可能就是天文學家曾經擔心永遠無法探測到的中子星。