脉冲星的观测特点

4.脉冲星的观测特点

我们知道，第一个脉冲星，是英国天文学家休伊什和贝尔在1967年发现的。他们在3.7米的波长上，发现来自狐狸座的、具有极短周期的射电脉冲信号，脉冲周期是1.337秒。不久，又陆续在其他天区，发现好几个这种快速脉冲的射电源，后来称为脉冲星。到1978年，发现的脉冲星已有300多个。脉冲星的一般符号是PSR。例如，第一个脉冲星就记为PSR1919+21。1919表示这个脉冲星的赤经，是19小时19分；+21表示脉冲星的赤纬，是北纬21^。。

脉冲辐射

脉冲星的观测具有以下几个特点：周期性地发射短促的脉冲辐射；脉冲周期很短。周期最短的为0.03秒，最长的为4.3秒，周期通常有非常缓慢的变长现象。大约每年增长百万分之一秒到千亿分之一秒；脉冲辐射多呈单峰或双峰形状，有的甚至多到5个峰。每个脉冲星的个别脉冲，在脉冲形状和强度上会有变化，但几百个脉冲累加得到的平均脉冲轮廓（在脉冲期间，辐射能量随时间的变化曲线）是稳定的。每个脉冲星有它特有的平均脉冲轮廓；脉冲辐射持续时间，约为周期的1/100到1/10；脉冲辐射，是高度的线偏振或椭圆偏振。偏振度和偏振矢量的方向，在脉冲期间通常是变化的；绝大多数脉冲星，只是在射电波段发出辐射。射电波段的频谱分布一般呈简单的幂律谱，也有呈现为二段幂律谱合成的频谱。频谱指数，通常是在1~3的范围；脉冲星的个别脉冲，会出现规则的向前或向后的漂移现象，有些脉冲星有时会呈现短缺脉冲现象；别脉冲星，有周期突然变化的现象。例如，近年来PSR0833-45的脉冲周期，发生过三次突然变化（见脉冲星自转突快）；发现的脉冲星，是银河系内的天体，其距离在100秒差距到2万秒差距。大多分布在银道面两旁，有向银道面聚集的倾向。

脉冲星辐射的能量

现在已普遍认为，脉冲星是有很强磁场的快速自转着的中子星。脉冲周期，对应于自转周期。脉冲星辐射的能量，是靠消耗它自身的自转能而来的。随着脉冲星不断地辐射能量，它的自转逐渐变慢，这就是脉冲星周期缓慢变长的原因。利用脉冲星的周期变率的观测值，可以计算脉冲星的能量损失速率。脉冲星上的能量转化过程是十分复杂的，自转能首先转变为低频的磁偶极辐射（在脉冲星诞生的早期还有引力波），然后再转化为高能粒子的能量和电磁辐射的能量。目前，关于这种能量转化的机制，还不十分清楚。观测表明，电磁辐射具有高度的方向性，就像灯塔光束一样，使得脉冲星自转一周，就能给出对应的脉冲图样。

最著名的一颗脉冲星，是蟹状星云的中心星PSR0531+21（或NP0532），它的周期是0.0331秒，是目前已知脉冲星中周期最短的。它在射电、红外线、可见光、X射线等波段，都发出脉冲辐射。它的目视等是17等，距离约6300光年。蟹状星云的中心星，据说是中国宋代记录的超新星（1054年金牛座“客星”）爆发后的残骸，蟹状星云是超新星爆发时，抛出壳层的遗迹。脉冲星的年龄，与由蟹状星云大小推算出的年龄相吻合，脉冲星能量损失与蟹状星云辐射能量的自洽，都有力地证实了这一点。

蟹状星云

脉冲星的发现，并被证明为中子星，是天体物理学和物理学的一项重大成就。这证实了30多年前，在理论上预言的、一种新型的、由超密态物质组成的恒星的存在。因此，脉冲星的发现被誉为20世纪60年代天文学的四大发现(脉冲星、类星体、微波背景辐射、星际分子)之一，是1974年年度诺贝尔奖金的获奖项目。

知识小百科

宝石的加工厂——黑洞

如果你希望得到珍贵的宝石，那就去黑洞附近碰运气吧。天文学家在观测中发现，一些特大质量的黑洞，喷射出大量的水晶、红宝石和蓝宝石。这一发现，将揭开构成宇宙的第一批恒星的尘埃的来源之谜，同时也为生命的物质之源找到了起点。他们认为，位于明亮的类星体中心的黑洞，可能是宇宙的“宝石工厂”。

黑洞喷射的物质