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被自己砸伤的脉冲星

2016-05-10北辰

科学大众(中学) 2016年5期
关键词:脉冲星超新星射电

北辰

被改变精度的“时钟”

脉冲星被称为“宇宙中的灯塔”,它们会从磁场的两极发射出电波,这两股射电波分别指向对立的两个方向,看起来,就如同一根筷子插在一个圆球上。脉冲星也在自转,于是,射电波就不停地指向四周,一圈又一圈地向周边扫射。但这仅仅是在一个平面上扫射,真实的情况要比这复杂得多。

脉冲星的磁场与它的自转轴不是重合的,常常会有一个夹角,看上去就如同圆球带着筷子摇摇晃晃地自转,筷子也就一圈一圈地画着圆弧,指向不同的方向。这样脉冲星扫描轮廓就非常广泛,只要射电望远镜在它的扫描轮廓内,就会接收到射电信号,它们就像是宇宙的灯塔那样,扫了一圈又一圈。

地球每24小时自转一次,跟脉冲星相比就太慢了,脉冲星自转一周的时间非常短,快的每秒钟可以转600多圈,就是最慢的每秒钟也可以转4圈。脉冲星每转一圈,射电波就对着周边扫描一次,于是,地球上的射电望远镜也就接收到一次信号,如果它一秒钟转4圈,射电望远镜也就可以在一秒钟内接收到它的4次信号,所以被称为脉冲星。脉冲星是那么的精确,比时钟还要精确,我们完全可以把它当作最精确的时钟。

但是,倘若它的精确度突然被改变了,那一定是受到了外来物体的撞击。有一颗脉冲星就是这样,它受到了攻击,而且攻击者来自于这颗脉冲星本身。

脉冲星PSRJ0738-4042位于南天的船尾座,在2005年,这颗脉冲星的自转速率发生了突然的改变,所以它的射电脉冲也就不是那么精确了,不仅如此,它的脉冲轮廓,也就是它扫射的范围也发生了改变。于是,科学家得出结论,它受到了一个未知物体的攻击。而那个打击它的物体不是别处来的,正是它自己发出来的,也就是说,它被自己打中了。

脉冲星的物质盘

脉冲星并不是刚开始就这样向外界发射电磁波,它的前世并不是脉冲星。它原来是一颗巨大的恒星,当它演化到老年的时候,外界物质就会极度膨大,最终会发生超新星爆发。超新星爆发的碎片弥漫在周围空间,只留下一个小小的核心,而且,这个核心会进一步萎缩,变得更小,于是它就成为了中子星。中子星的密度极高,高得难以想象,直径只有20千米或者更小,完全由中子组成。如果这个中子星能够发出射电波,那么就被叫作脉冲星。脉冲星PSRJ0738-4042就是这样诞生的,它经过恒星的爆发成为了脉冲星,但是,它还残留着当初爆发的痕迹。

当初超新星爆发之后的那些碎片并不会就此消失,它们包围着脉冲星,随着岁月的流逝,这些碎片受到脉冲星的引力影响,还会渐渐地聚拢起来,包围在脉冲星的周围,但并不是从四周包围着它,最终会形成一个环带,就像是土星环那样。在这些碎片组成的环中,碎块的大小不一,小的跟灰尘差不多,大的就像是石头那样,更大的大小跟小行星差不多。

大小不一的碎片组成的环,就是当初超新星爆发的痕迹,虽然我们看不到,但它必然存在着。这些碎块环绕着脉冲星似乎很悠闲地运转着。但是,这不是长久之计,它们很不稳定,就像是抛射到天上的石头,终究还是要落下来,它们会在某个时刻降落到脉冲星上,于是,就带来了脉冲星自转的突然变化。

物质盘的碎块掉落砸到脉冲星

如果说脉冲星是精度的时钟,也可以,但是必须明确的是,在短时间内它是精确的,长时间就不行了。脉冲星的自转周期,从长期来说,是逐渐缩短的,典型速率是每年减慢一百万分之一秒。但是如果突然之间发生了很大的变化,那就值得注意了。

脉冲星PSRJ0738-4042不同寻常的突然减速发生在2005年9月,它的脉冲轮廓发生了变化,它扫射的范围更加宽广,或者说它转移了目标,脉冲点对准了另一个方向,这是它本身发生抖动的表现。另外,它的速率也发生了变化,它不是那么精确了,这也说明它受到了干扰。

究竟发生了什么?这让研究者十分困惑。英国、南非和澳大利亚的天文学家认真地研究了这个问题,他们调集了多个射电望远镜的观测资料,时间跨度从1988年开始,一直到2012年。这些资料表明,这颗脉冲星以前并没有什么异常,它的怪异仅仅发生在2005年9月。

在这个时刻,究竟发生了什么?研究者认为,有几种可能:脉冲星的表面也会发生一些振动,振动会带来这种变化,脉冲星的自转轴也会发生变化,还有,脉冲星的磁场也会发生改变,这些都会导致PSRJ0738-4042的速率和脉冲轮廓发生突变。

但是,研究者更加相信,是一颗10亿吨的碎块,就像是小行星那样大的碎块,从那环绕着它的盘状物中下落,击中了它,突然的打击才让它“性情大变”,让精确的喷射不再遵循原有的规则。

脉冲星体积都不大,10亿吨这样大小的碎块打击了它,符合它改变的特征。10亿吨这样大小的小行星在太阳系很多,它们偶尔也会“肇事”,撞击大行星,但那不是大行星抛射出来的,脉冲星PSRJ0738-4042就很倒霉,当初超新星爆发的时候产生的尘埃环现在发生了变化,大石块落下来砸到了它自己,但如果说是它自己抛出来的石头砸到了它自己似乎还不太合适,应该说是它前世造孽,现在砸到了自己。

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