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第10版:科技服务·科普
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2022 年 01 月 13 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国
天眼发现的脉冲星
有什么用

  日前,“中国天眼”FAST取得系列重要科学成果,其中包括发现约500颗脉冲星,成为自运行以来世界上发现脉冲星效率最高的设备。发现脉冲星是国际大型射电望远镜观测的主要科学目标之一,FAST基于超高灵敏度的明显优势,已然成为中低频射电天文领域的观天利器。但是,脉冲星到底是什么星?发现这么多脉冲星有什么用?

  脉冲星到底是什么星

  要讲清楚脉冲星,首先得说说中子星,因为脉冲星的本质就是一种能发出脉冲的中子星。

  所谓中子星,是除黑洞外密度最大的星体,是大质量恒星死亡后的“遗骸”。当恒星演化到末期,经由重力崩溃发生超新星爆炸之后,有很大一部分会最终塌缩成黑洞。但也有少数恒星没有达到可以形成黑洞的质量,于是在寿命终结时塌缩成一种介于白矮星和黑洞之间的星体,也就是中子星。其中有一种中子星能够周期性地不断发射电磁脉冲信号,就是像人的脉搏一样,一下一下出现短促的无线电信号,科学家将其称为脉冲星。绝大多数的脉冲星都是中子星,但中子星却不一定是脉冲星,有脉冲才算是脉冲星。

  脉冲星发射的射电脉冲周期性非常有规律。一开始,人们对此很困惑,甚至曾想到这可能是外星人在向地球发电报联系。后来证实,这是脉冲星的脉冲信号。并且,正是由于它的快速自转才发出的射电脉冲。

  脉冲星如何发出脉冲

  脉冲星是如何通过快速自转发出射电脉冲的呢?

  正如地球有磁场一样,恒星也有磁场,并且像地球一样在自转。同时,恒星也跟地球一样,磁场方向不一定跟自转轴在同一直线上。这样一来,每当恒星自转一周,它的磁场就会在空间划一个圆,当其扫过地球时,就向地球发出了脉冲。

  想要发出像脉冲星那样的射电信号,需要很强的磁场。只有体积越小、质量越大的恒星,磁场才越强,中子星正是这样高密度的恒星。中子星的密度比地球上任何物质密度都要大许多倍,脉冲星也具备这一特性,一颗方糖大小的脉冲星体积就有上亿吨的质量。

  按照物理规律,当星体体积越小、质量越大时,它的自转周期就越短。比如,地球自转一周要24小时,而一颗大质量脉冲星的自转周期只需要0.0014秒,连白矮星都达不到这个速度。每当自转一周,地球就能接收到一次它辐射的电磁波,于是就形成一断一续的周期性脉冲。

  星际航行的“灯塔”

  脉冲星发射出的高度周期性脉冲,周期在1.4毫秒到23秒之间。被称为“毫秒脉冲星”的短周期脉冲星,可以与地球上最好的原子钟相媲美。这样的脉冲星相当于就是宇宙空间的“信号源”,在宇宙空间之中能够不断释放出信号,并且还非常稳定。这个时候谁发现的脉冲星越多,意味着谁在宇宙空间进行定位越容易。

  利用这些脉冲星的信号可以绘制出“宇宙导航图”,未来星际航天器进入深空之中,根据导航图来行走,就不至于迷路,因此脉冲星也被称为宇宙的“灯塔”。另外,当两颗中子星绕着彼此运行时,会剧烈地搅动周围的时空,进而以引力波的形式向外发射能量,有利于科学家进行引力波方面的探测。

  截至目前,“中国天眼”FAST已经发现了500多颗脉冲星,比国外所有望远镜成果相加的4倍还要多。FAST重点实验室相关负责人日前还表示“FAST收到的信号里也不排除有外星文明信号”。

  (本报综合)

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