脉冲星和中子星、黑洞、类星体

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1、脉冲星和中子星、黑洞、类星体脉冲星和中子星一、脉冲星的发现1967年10月，剑桥大学卡文迪许实验室的安东尼·休伊什教授的研究生——24岁的乔丝琳·贝尔检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号，它们的周期十分稳定，为1.337秒。起初她以为这是外星人“小绿人（LGM）”发来的信号，但在接下来不到半年的时间里，又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。后来人们确认这是一类新的天体，并把它命名为脉冲星(Pulsar，又称波霎)。脉冲星与类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。安东尼·休伊什教授本人也因脉冲星的发

2、现而荣获1974年的诺贝尔物理学奖，尽管人们对贝尔小姐未能获奖而颇有微词。二、脉冲星的特征1968年有人提出脉冲星是快速旋转的中子星。中子星具有强磁场，运动的带电粒子发出同步辐射，形成与中子星一起转动的射电波束。由于中子星的自转轴和磁轴一般并不重合，每当射电波束扫过地球时，就接收到一个脉冲。恒星在演化末期，缺乏继续燃烧所需要的核反应原料，内部辐射压降低，由于其自身的引力作用逐渐坍缩。质量不够大(约数倍太阳质量)的恒星坍缩后依靠电子简并压力与引力相抗衡，成为白矮星，而在质量比这还大的恒星里面，电子被压入原子核，形成中子，这时候恒星依靠中子的简并压与引力保持平衡，这

3、就是中子星。典型中子星的半径只有几公里到十几公里，质量却在1-2倍太阳质量之间，因此其密度可以达到每立方厘米上亿吨。由于恒星在坍缩的时候角动量守恒，坍缩成半径很小的中子星后自转速度往往非常快。又因为恒星磁场的磁轴与自转轴通常不平行，有的夹角甚至达到90度，而电磁波只能从磁极的位置发射出来，形成圆锥形的辐射区。脉冲星靠消耗自转能而弥补辐射出去的能量，因而自转会逐渐放慢。但是这种变慢非常缓慢，以致于信号周期的精确度能够超过原子钟。而从脉冲星的周期就可以推测出其年龄的大小，周期越短的脉冲星越年轻。脉冲星的特征除高速自转外，还具有极强的磁场，电子从磁极射出，辐射具有很强

4、的方向性。由于脉冲星的自转轴和它的磁轴不重合，在自转中，当辐射向着观测者时，观测者就接收到了脉冲。到1999年，已发现1000颗脉冲星。三、脉冲双星赫尔斯是个研究生，他被当作泰勒的助手派往波多黎各的阿雷西博，用大射电望远镜观测脉冲星，那是当时最好的射电望远镜，也许正是使用了这个望远镜的原因，他发现了一种奇怪的电波，这个时候距离第一颗脉冲星的发现仅仅过了七年，人们对脉冲星的了解还很肤浅，当时赫尔斯还不能立刻确信他所看到的周期变化就是事实，经过反复观测后，他才确定该系统是双体。他把这个消息电告泰勒，泰勒立刻赶往阿雷西博，他们进一步研究后认为这是一个脉冲双星，并且一起

5、确定了双星的周期和两颗天体之间的距离。于是，第一颗脉冲双星就是这样被发现了，这个发现在1993年被授予诺贝尔奖，这样有关脉冲星的发现就有了两项诺贝尔奖。四、毫秒脉冲星20世纪80年代，由发现了一类所谓的毫秒脉冲星，它们的周期太短了，只有毫秒量级，之前的仪器虽然能探测到，但是很难将脉冲分辨出来。研究发现毫秒脉冲星并不年轻，这就对传统的“周期越短越年轻”的理论提出了挑战。进一步的研究发现毫秒脉冲星与密近双星有关。五、脉冲星的研究对人类的意义由于脉冲星是在蹋缩的超新星的残骸中发现的，它们有助于我们了解星体蹋缩时发生了什么情况。还可通过对它们的研究揭示宇宙诞生和演变的奥

6、秘。而且，随着时间的推移，脉冲星的行为方式也会发生多种多样的变化。每颗脉冲星的周期并非恒定如一。我们能探测到的是中子星的旋转能（电磁辐射的来源）。每当脉冲星发射电磁辐射后，它就会失去一部分旋转能，且转速下降。通过月复一月，年复一年地测量它们的旋转周期，我们可以精确地推断出它们的转速降低了多少、在演变过程中能量损失了多少，甚至还能够推断出在因转速太低而无法发光之前，它们还能生存多长时间。事实还证明，每颗脉冲星都有与众不同之处。有些亮度极高；有些会发生星震，顷刻间使转速陡增；有些在双星轨道上有伴星；还有数十颗脉冲星转速奇快（高达每秒钟一千次）。每次新发现都会带来一些

7、新的、珍奇的资料，科学家可以利用这些资料帮助我们了解宇宙。黑洞一、黑洞的提出由于量子力学的波粒二象性，光既可认为是波，也可认为是粒子。在光的波动说中，不清楚光对引力如何响应。但是如果光是由粒子组成的，人们可以预料，它们正如同炮弹、火箭和行星那样受引力的影响。起先人们以为，光粒子无限快地运动，所以引力不可能使之慢下来，但是罗麦关于光速度有限的发现表明引力对之可有重要效应。1983年，剑桥的学监约翰.米歇尔，在《伦敦皇家学会哲学学报》上发表了一篇文章。他指出，一个质量足够大并足够紧致的恒星会有如此强大的引力场，以致于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出的光，还没到

8、达远处即会被恒星的引力吸