自轉速度最快的星體脈衝星週期1.337秒

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自轉速度最快的星體是脈衝星。脈衝星，就是旋轉的中子星。脈衝星是在1967年首次被發現的。當時，還是一名女研究生的貝爾，發現狐狸星座有一顆星會發出一種週期性的電波。經過仔細分析，科學家認爲這是一種未知的天體。因爲這種星體不斷地發出電磁脈衝信號，就把它命名爲脈衝星。脈衝星（Pulsar），又稱波霎，是中子星的一種，爲會週期性發射脈衝信號的星體，直徑大多爲10千米左右，自轉極快。下面就跟本站一起具體看看自轉速度最快的星體等相關內容。

定義

脈衝星（Pulsar），又稱波霎，是中子星的一種，爲會週期性發射脈衝信號的星體，直徑大多爲10千米左右，自轉極快。

人們最早認爲恆星是永遠不變的。而大多數恆星的變化過程是如此的漫長，人們也根本覺察不到。然而，並不是所有的恆星都那麼平靜。後來人們發現，有些恆星也很“調皮”，變化多端。於是，就給那些喜歡變化的恆星起了個專門的名字，叫“變星”。

脈衝星發射的射電脈衝的週期性非常有規律。一開始，人們對此很困惑，甚至曾想到這可能是外星人在向我們發電報聯繫。據說，第一顆脈衝星就曾被叫做“小綠人一號”。

經過幾位天文學家一年的努力，終於證實，脈衝星就是正在快速自轉的中子星。而且，正是由於它的快速自轉而發出射電脈衝。蟹狀星雲脈衝星的X射線/可見光波段合成圖像。

正如地球有磁場一樣，恆星也有磁場；也正如地球在自轉一樣，恆星也都在自轉着；還跟地球一樣，恆星的磁場方向不一定跟自轉軸在同一直線上。這樣，每當恆星自轉一週，它的磁場就會在空間劃一個圓，而且可能掃過地球一次。

那麼豈不是所有恆星都能發脈衝了？其實不然，要發出像脈衝星那樣的射電信號，需要很強的磁場。而只有體積越小、質量越大的恆星，它的磁場才越強。而中子星正是這樣高密度的恆星。

另一方面，當恆星體積越大、質量越大，它的自轉週期就越短。我們很熟悉的地球自轉一週要二十四小時。而脈衝星的自轉週期竟然小到0.0014秒！要達到這個速度，連白矮星都不行。這同樣說明，只有高速旋轉的中子星，纔可能扮演脈衝星的角色。

特性

脈衝星發射射電脈衝

這個結論引起了巨大的轟動。因爲雖然早在30年代，中子星就作爲假說而被提了出來，但是一直沒有得到證實，人們也不曾觀測到中子星的存在。而且因爲理論預言的中子星密度大得超出了人們的想象，在當時，人們還普遍對這個假說抱懷疑的態度。

直到脈衝星被發現後，經過計算，它的脈衝強度和頻率只有像中子星那樣體積小、密度大、質量大的星體才能達到。這樣，中子星才真正由假說成爲事實。這真是上世紀天文學上的一件大事。因此，脈衝星的發現，被稱爲二十世紀六十年代的四大天文學重要發現之一。

脈衝星是20世紀60年代天文的四大發現之一。至今，脈衝星已被我們找到了不少於1620多顆，並且已得知它們就是高速自轉着的中子星。

脈衝星有個奇異的特性——短而穩定的脈衝週期。所謂脈衝就是像人的脈搏一樣，一下一下出現短促的無線電訊號，如貝爾發現的第一顆脈衝星，每兩脈衝間隔時間是1.337秒，其他脈衝還有短到0.0014秒（編號爲PSR-J1748-2446）的，最長的也不過11.765735秒（編號爲PSR-J1841-0456）。那麼，這樣有規則的脈衝究竟是怎樣產生的呢？

天文學家已經探測、研究得出結論，脈衝的形成是由於脈衝星的高速自轉。那爲什麼自轉能形成脈衝呢？原理就像我們乘坐輪船在海里航行，看到過的燈塔一樣。設想一座燈塔總是亮着且在不停地有規則運動，燈塔每轉一圈，由它窗口射出的燈光就射到我們的船上一次。不斷旋轉，在我們看來，燈塔的光就連續地一明一滅。脈衝星也是一樣，當它每自轉一週，我們就接收到一次它輻射的電磁波，於是就形成一斷一續的脈衝。脈衝這種現象，也就叫“燈塔效應”。脈衝的週期其實就是脈衝星的自轉週期。

然而燈塔的光只能從窗口射出來，是不是說脈衝星也只能從某個“窗口”射出來呢？正是這樣，脈衝星就是中子星，而中子星與其他星體（如太陽）發光不一樣，太陽表面到處發亮，中子星則只有兩個相對着的小區域才能輻射出來，其他地方輻射是跑不出來的。即是說中子星表面只有兩個亮斑，別處都是暗的。這是什麼原因呢？原來，中子星本身存在着極大的磁場，強磁場把輻射封閉起來，使中子星輻射只能沿着磁軸方向，從兩個磁極區出來，這兩磁極區就是中子星的“窗口”。

中子星的輻射從兩個“窗口”出來後，在空中傳播，形成兩個圓錐形的輻射束。若地球剛好在這束輻射的方向上，我們就能接收到輻射，且每轉一圈，這束輻射就掃過地球一次，也就形成我們接收到的有規則的脈衝信號。

燈塔模型是現在最爲流行的脈衝星模型。另一種磁場震盪模型還沒有被普遍接受。脈衝星是高速自轉的中子星，但並不是所有的中子星都是脈衝星。因爲當中子星的輻射束不掃過地球時，我們就接收不到脈衝信號，此時中子星就不表現爲脈衝星了。

脈衝星的一般符號是PSR。例如，第一個脈衝星就記爲PSR1919+21。1919表示這個脈衝星的赤經是19小時19分;+21表示脈衝星的赤緯是北緯21度。

雙脈衝星PSRJ0737-3039A/B的發現，讓人們欣喜若狂。它是由兩個脈衝星形成的雙星系統。能夠發現雙脈衝星系統，確實是非常幸運的事情。對PSRJ0737-3039A進行計算以後，科學家預言它的脈衝輪廓形狀會發生較快的演化，甚至預言在2020年左右，它的光束會由於軸線進動而從我們的視線中消失，但是，仔細的觀測結果顯示，預期的脈衝輪廓形狀根本就沒有發生變化，這對科學家的打擊可是不小。預言的失敗讓我們感到，脈衝星的燈塔模型似乎存在着問題。

脈衝原因

儘管還沒有十分有力的證據，但是全世界的脈衝星專家都相信，脈衝星並非或明或暗地閃爍發光，而是發射出恆定的能量流。只是這一能量就像手電筒的光線那樣匯聚成一束非常窄的光束，從星體的磁極發射出來。中子星的磁軸與旋轉軸之間成一定角度（這與地球的磁北極地理北極位置略有不同一樣）。星體旋轉時，這一光束就象燈塔的光束或救護車警燈一樣，掃過太空。只有當此光束直接照射到地球時，我們才能用某些望遠鏡探測到脈衝星的信號。這樣一來，恆流的光束就變成了脈衝光。

幾乎所有的專家都相信上述這種燈塔模型。但是也有“離經叛道”的不同意見被提了出來。新的觀點認爲脈衝星的發光不是源自它的磁極，而是來自它的周圍。同時認爲，脈衝星發出脈衝光是因爲它的磁場在高速地翻轉振盪，激變的磁場造成星體周圍出現了極高的感生電場。這個感生電場的峯值出現在磁場過零點附近，並且加速帶電粒子使其發出同步輻射。這就可以解釋脈衝信號的產生機理。

磁場振盪模型的優點在於有太陽這個低頻振盪的樣板。我們知道，太陽磁場的方向每過11年就會翻轉一次，如果太陽塌縮成了中子星，它的自轉週期可以縮短到秒級甚至毫秒級，同時，它的磁場翻轉週期也可能達到毫秒級。電磁振盪模型遇到的問題在於如下疑問：星體的磁場真的能那麼快地翻轉嗎？當然，燈塔模型也有它的問題：磁鐵高速旋轉的時候，真的能從磁極發光嗎？

脈衝信號的輻射，曾經被認爲是中子星的極端磁場的特有行爲。但是後來人們發現，在某些主序星上，比如超冷星TVLM513-46546和化學特殊星CUVirginis，都發現了非常相似的脈衝輻射，而這些星體的磁場都很低（數千高斯）。這對磁場震盪模型是有利的。因爲磁場震盪模型降低了對磁場強度的要求。

絕大多數的脈衝星可以在射電波段被觀測到。少數的脈衝星也能在可見光、X射線甚至γ射線波段內被觀測到，例如著名的蟹狀脈衝星就可以在射電到γ射線的各個波段內被觀測到。

發現

1967年10月，劍橋大學卡文迪許實驗室的安東尼·休伊什教授的研究生——24歲的喬絲琳·貝爾檢測射電望遠鏡收到的信號時無意中發現了一些有規律的脈衝信號，它們的週期十分穩定，爲1.337秒。起初她以爲這是外星人“小綠人（LGM）”發來的信號，但在接下來不到半年的時間裏，又陸陸續續發現了數個這樣的脈衝信號。後來人們確認這是一類新的天體，並把它命名爲脈衝星(Pulsar，又稱波霎)。脈衝星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子一道，並稱爲20世紀60年代天文學“四大發現”。安東尼·休伊什教授本人也因脈衝星的發現而榮獲1974年的諾貝爾物理學獎，儘管人們對貝爾小姐未能獲獎而頗有微詞。

1997年拍攝的美國電影《超時空接觸》（Contact）中女主角破譯了來自外太空的有規律的信號，並據此製成了特殊的機器。但第一次確定乘坐機器與外星智慧聯繫的人選時，卻沒有選她。這段情節被認爲是影射了貝爾小姐沒有獲得諾貝爾獎的事情。

15歲女生髮現新脈衝星

一名西維吉尼亞的高中學生，使用來自綠灣射電天文望遠鏡（GreenBankTelescope，簡寫GBT)的數據，發現了一個新脈衝星。ShayBloxton，15歲，參與了一個讓學生分析射電望遠鏡數據的項目，於2009年10月15日發現了一個可能是脈衝星的天體。她和NRAO天文臺的天文學家在一個月後再次觀察了該天體，證實它確實是一顆脈衝星。Bloxton表示十分興奮，她在11月份前往綠灣，參加跟蹤觀察。她所參與的項目叫PulsarSearchCollaboratory(PSC)，是美國國家射電天文臺和西維吉尼亞大學的聯合項目。科學家首次發現脈衝星是在1967年。去年末，另一名來自SouthHarrison高中的西維吉尼亞學生，也在參與PSC項目時發現了一個類似脈衝星的天體。

特徵

錐形掃射1968年有人提出脈衝星是快速旋轉的中子星。中子星具有強磁場，運動的帶電粒子發出同步輻射，形成與中子星一起轉動的射電波束。由於中子星的自轉軸和磁軸一般並不重合，每當射電波束掃過地球時，就接收到一個脈衝。

恆星在演化末期，缺乏繼續燃燒所需要的核反應原料，內部輻射壓降低，由於其自身的引力作用逐漸坍縮。質量不夠大(約數倍太陽質量)的恆星坍縮後依靠電子簡併壓力與引力相抗衡，成爲白矮星，而在質量比這還大的恆星裏面，電子被壓入原子核，形成中子，這時候恆星依靠中子的簡併壓與引力保持平衡，這就是中子星。典型中子星的半徑只有幾公里到十幾公里，質量卻在1-2倍太陽質量之間，因此其密度可以達到每立方厘米上億噸。由於恆星在坍縮的時候角動量守恆，坍縮成半徑很小的中子星後自轉速度往往非常快。又因爲恆星磁場的磁軸與自轉軸通常不平行，有的夾角甚至達到90度，而電磁波只能從磁極的位置發射出來，形成圓錐形的輻射區。

此外在持脈衝星便是中子星的證據中，其中一個便是我們在蟹狀星雲（M1；原天關客星，SN1054）確實也發現了一個週期約0.033s的波霎。

脈衝星靠消耗自轉能而彌補輻射出去的能量，因而自轉會逐漸放慢。但是這種變慢非常緩慢，以致於信號週期的精確度能夠超過原子鐘。而從脈衝星的週期就可以推測出其年齡的大小，週期越短的脈衝星越年輕。

脈衝星的特徵除高速自轉外，還具有極強的磁場，電子從磁極射出，輻射具有很強的方向性。由於脈衝星的自轉軸和它的磁軸不重合，在自轉中，當輻射向着觀測者時，觀測者就接收到了脈衝。到1999年，已發現1000顆脈衝星。