什么是脉冲星？

1967年夏天，剑桥大学的海尔维治和他的合作者偶然发现了一个未被发现的来自天空的无线电发射。这种无线电发射非常有规律，脉冲每1秒和1/3秒出现一次。更具体地说，这个脉冲每1.3370109秒出现一次，发射这个脉冲的辐射源后来被称为脉冲星。然后，在接下来的几年里，天文学家相继发现了许多这样的脉冲星。说到这里，你可能会问一个问题:为什么没有更早发现脉冲星？这是因为尽管每个脉冲星在一个脉冲中发射大量的能量，但是这些脉冲太短了，以至于无线电波的平均强度非常低。这就是为什么天文学家没有发现它们。此外，由于天文学家以前认为无线电源以稳定的辐射水平发射能量，他们没有认真寻找这种脉冲。后来，在蟹状星云中发现了一个脉冲非常快的脉冲星，人们还发现脉冲星可以发射可见光范围内的辐射，而且光的闪烁与无线电发射的时间一致。天文学家以前已经观察过这颗脉冲星很多次了，但是他们都认为它只是一颗普通的恒星，所以从来没有人尝试过用这样一种足够灵敏的观测仪器来观测它，它能探测到每秒钟闪烁30次。如果脉冲星的脉动如此之快，如果用肉眼或普通仪器观察，它的光似乎非常稳定。然而，脉冲星是什么样的恒星呢？如果一个天体以周期性的间隔发射能量，那么在这个间隔期间一定会发生一些物理现象。例如，它可能是一个天体，膨胀一会儿，收缩一会儿，每次收缩都会发出一股能量流。或者它可能绕着自己的轴或另一个天体运行，每次它绕着轨道运行时，都会发出一股能量流。一个难以解决的问题是:为什么这个脉冲走得这么快，长脉冲是每4秒，短脉冲是每1/30秒。首先，这颗脉冲星必须是一个非常热的物体，否则它将不能发射如此大的能量。其次，它一定是一个非常小的天体，否则它永远不会脉动得这么快。科学家过去观察到的最小的物体是白矮星。白矮星可以和太阳一样大(它们也可以和太阳一样热或者更热)，但是它们的体积不会比地球大。在这种情况下，这样一颗白矮星有可能通过膨胀、收缩或旋转发出脉冲吗？会不会是两个白矮星在那里互相绕着轨道运行？然而，无论天文学家用什么理论来解释这一现象，他们都无法想象白矮星为何移动如此之快。既然不可能是白矮星，那有可能是更小的天体吗？天文学家根据理论预测，恒星在重力作用下可能会坍缩到如此密集的程度，以至于恒星中的所有原子核都被挤压到彼此靠近。在这种情况下，电子和质子将相互作用形成中子。结果，恒星将变成“中子糊”。这样的“中子星”可能有太阳的质量，但它的直径只有大约10公里。然而，没有人探测到中子星。因为中子星如此之小，一些天文学家担心即使宇宙中存在中子星，人们也无法探测到它们。然而，如此小的天体应该快速旋转，从而产生这样的脉冲。这是因为在这样的天体上可能有一些条件，使得电子只能通过中子星表面的某些点逃逸。这样，当中子星旋转时，电子就会像水一样从旋转的喷嘴中喷射出来。每次旋转都会向地球方向发射一些电子，从而产生无线电波和可见光。康奈尔大学的戈尔德曾指出，如果是这样的话，中子星将逐渐失去它的能量，所以它的脉动率应该会逐渐减慢。他的推理经过了检验，发现确实如此。因此，目前，脉冲星可能是天文学家曾担心永远无法探测到的中子星。