认识脉冲星：宇宙的灯塔 | Discover Magazine

宇宙中充满了奇怪的天体，但脉冲星是科学家可以直接研究的最奇怪的物体。它们是曾经强大的恒星萎缩后的残骸，直径约十几英里，质量约为太阳质量，每秒可旋转数百次。它们还由一种研究人员无法掌握其配方的、理解不透的粒子汤组成。

我们所知道的是：脉冲星是一种中子星，是超新星（恒星爆炸）后留下的致密核心。天文学家之所以能看到脉冲星，是因为电磁辐射，尤其是无线电波，从它们的磁极流出。当脉冲星旋转时，这些射线每次旋转都会指向地球。它们像短暂的灯塔光束一样扫过我们的星球，望远镜将每一次都捕捉为一个脉冲。

第一颗脉冲星

作为其射电天文学博士研究的一部分，乔塞琳·贝尔·伯内尔亲手建造了一架射电望远镜——打桩、拉线、安装金属。一旦准备就绪，她就负责用它来探测天空中天文学家称为“闪烁源”的天体——射电波段的闪烁灯——以寻找遥远的特殊星系。但在 1967 年 11 月 28 日，她发现了一些意想不到的东西：一种周期性的无线电波源，它像宇宙时钟一样出现和消失。起初，她称之为“scruff”。然后，她和她的导师开玩笑地称它为 LGM-1，意为“小绿人”。如今，我们称之为脉冲星。

DSC-PS0719 02 First Recording of Pulsar — (图片来源：丘吉尔档案馆/剑桥大学)
丘吉尔档案馆/剑桥大学

磁性个性

那么，这些标志性的脉冲是如何产生的呢？脉冲星拥有极其强大的磁场，有些比地球的磁场强一万亿倍。当磁场旋转时，它们会产生电场。然后，脉冲星旋转的磁场会搅动一股粒子流——电子和正电子——这些粒子从恒星表面被吸上来。这股电流沿着脉冲星的磁场线传播，从磁极喷射出辐射。“这与地球上产生极光的方式相似，”哥伦比亚大学的脉冲星天文学家 Slavko Bogdanov 说。“但这要极端得多。”

NICER 中子星

天文学家目前正在（友好地）争论中子星和脉冲星的内部可能是什么。他们实际上并不知道，因为这些天体内部的压力和温度是宇宙中最极端的，而且无法在实验室中重现。

但 NASA 希望通过其“中子星内部成分探测器”(NICER)任务了解更多信息，这是一台 X 射线望远镜，于 2017 年安装在国际空间站上。科学家们已经发现，一颗脉冲星和一颗白矮星可以比月球绕地球的轨道更紧密地相互绕转。他们还在测试我们的后代有一天如何使用脉冲星作为 GPS 信标来导航宇宙，而无需卫星。

天文学家仍然想弄清楚脉冲星的实际质量和宽度，以便确定其内部的确切密度——并最终了解里面究竟孕育着什么样的奇特物质。他们还将监测“星震”（恒星版的地震，可能由于旋转速率的变化引起），并了解磁场和极端引力是如何扭曲辐射的。与此同时，其他团队正在利用超快速脉冲星寻找引力波，即大质量天体加速或碰撞时产生的时空涟漪。通过监测并非完全按时到达地球的脉冲，天文学家希望了解时空中可能存在的奇怪弯曲，这些弯曲会拉伸或挤压信号，从而延迟或加速它们的传播。