中子星物質(zhì)的密度十分驚人，僅僅大約一湯匙的中子星物質(zhì)，其質(zhì)量就將超過1萬億公斤，這幾乎相當(dāng)于地球上所有人類體重的總和" data-link="" style="margin: 0px auto; padding: 0px; border: 1px solid rgb(231, 231, 231); display: block;"/>　　中子星物質(zhì)的密度十分驚人，僅僅大約一湯匙的中子星物質(zhì)，其質(zhì)量就將超過1萬億公斤，這幾乎相當(dāng)于地球上所有人類體重的總和

脈沖星屬于中子星的一類，它們是大質(zhì)量恒星死亡之后留下的殘骸" data-link="" style="margin: 0px auto; padding: 0px; border: 1px solid rgb(231, 231, 231); display: block;"/>脈沖星屬于中子星的一類，它們是大質(zhì)量恒星死亡之后留下的殘骸

　　據(jù)英國(guó)廣播公司(BBC)網(wǎng)站報(bào)道，一開始，希納·庫卡尼(Shri Kulkarni)并沒有意識(shí)到自己此時(shí)正在經(jīng)歷的是什么。此時(shí)正是1982年9月的一個(gè)午夜，他正在波多黎各島上的阿雷西博天文臺(tái)，利用這里巨大的射電天線開展脈沖星的搜尋工作：這是大質(zhì)量恒星死亡之后留下的一種擁有極高密度，高速旋轉(zhuǎn)的殘骸。

　　在此之前，庫卡尼剛剛發(fā)現(xiàn)了自己的第一顆脈沖星，這顆脈沖星的自轉(zhuǎn)速度極快——大約每1.5毫秒就自轉(zhuǎn)一周，這在當(dāng)時(shí)比任何已知的天體自轉(zhuǎn)還要快上大約20倍。

　　這一年，庫卡尼還只是一名研究生，在他的腦海里，這樣高速的自轉(zhuǎn)除了有些令人驚訝之外并沒有其他特別的意義。他想，這只是一顆自轉(zhuǎn)有些快的脈沖星而已。他打電話給自己的項(xiàng)目導(dǎo)師，已故的加州大學(xué)伯克利分校著名天文學(xué)家唐·貝克(Don Backer)并報(bào)告了相關(guān)情況。多年之后，他回憶起當(dāng)時(shí)通話時(shí)的情景：“那是一段漫長(zhǎng)的沉默。”或許是因?yàn)樨惪私淌谝庾R(shí)到了這條消息背后的重大意義。

　　很快，貝克教授提醒庫卡尼他眼前的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)所隱含的意義：這是一個(gè)正以每秒641圈的速度高速旋轉(zhuǎn)的天體。今天的庫卡尼已經(jīng)是美國(guó)加州理工學(xué)院的一名天文學(xué)家，他說：“當(dāng)時(shí)有很多人認(rèn)為在這樣的高速旋轉(zhuǎn)下，脈沖星應(yīng)該會(huì)分崩離析?！?/p>

　　庫卡尼發(fā)現(xiàn)的脈沖星PSR B1937+21一直保持著自轉(zhuǎn)速度最快天體的記錄直到2006年。就在這一年，杰森·赫塞爾斯發(fā)現(xiàn)了一顆編號(hào)為Terzan 5ad的脈沖星，這是一顆非常暗弱的脈沖星，但其自轉(zhuǎn)速度高達(dá)每秒716圈

　　美國(guó)天體物理學(xué)家羅素·哈爾斯。他與另一位美國(guó)科學(xué)家約瑟夫·泰勒一起，在1974年發(fā)現(xiàn)了一對(duì)正在相互繞轉(zhuǎn)并逐漸彼此接近的脈沖星

　　脈沖星很小，直徑一般和一座小型城市相當(dāng)(大約20公里左右)，而當(dāng)時(shí)的一般觀點(diǎn)認(rèn)為，如果它的自轉(zhuǎn)達(dá)到這樣的高速，那么強(qiáng)大的離心力將會(huì)把它自己撕成碎片。

　　但此次庫卡尼的發(fā)現(xiàn)用事實(shí)打破了這種預(yù)言。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將不僅改變庫卡尼的職業(yè)生涯，也將徹底改變整個(gè)脈沖星科學(xué)研究領(lǐng)域。這顆脈沖星編號(hào)為PSR B1937+21，它成為了一類最新劃出的類型——毫秒脈沖星中的第一顆成員。

　　這種脈沖星不僅自轉(zhuǎn)速度快的驚人，它們還有一項(xiàng)引人注目的特征，那就是它們自轉(zhuǎn)的周期性非常精確，甚至幾乎可以說是宇宙中最精確的時(shí)鐘！正是借助了這些宇宙時(shí)鐘，天文學(xué)家們才得以解答有關(guān)恒星，物質(zhì)，甚至是時(shí)空本身的許多問題。

毫秒脈沖星是大自然給與我們的饋贈(zèng)。它是一座位于天宇之中，精密的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室

黑洞可能會(huì)產(chǎn)生引力波

　　極端天體

　　即便是最普通的脈沖星也非常不可思議。它們是宇宙中密度最高的天體之一，它們是質(zhì)量約為太陽8~20倍之間的大質(zhì)量恒星爆發(fā)衰亡之后留下的遺骸。當(dāng)這樣的大型恒星耗盡它最后的燃料并逐漸走向死亡之時(shí)，將會(huì)以超新星的方式發(fā)生猛烈爆發(fā)，在此過程中將其外層氣體殼完全剝離。

　　爆發(fā)過后殘留下來的就是一個(gè)密度極高的內(nèi)核，由于壓力太過巨大，這個(gè)內(nèi)核物質(zhì)中的電子已經(jīng)被擠壓而與原子核中的質(zhì)子相結(jié)合形成中子，這就是所謂中子星。中子星的密度十分驚人，其相當(dāng)于將1.2~2倍太陽的質(zhì)量擠壓進(jìn)一個(gè)直徑約20公里的球體內(nèi)。僅僅大約一湯匙的中子星物質(zhì)，其質(zhì)量就將超過1萬億公斤，這幾乎相當(dāng)于地球上所有人類體重的總和。

　　這樣驚人的密度意味著在中子星的表面，引力將會(huì)十分強(qiáng)大——比地球表面的引力場(chǎng)高出大約1000億倍。如果你要站在一顆中子星的表面，你將會(huì)立刻被壓扁成薄薄的一層“物質(zhì)層”，其厚度僅有一層原子那么厚，平鋪在中子星的地表上。當(dāng)然前提還得是你不怕熱，因?yàn)橹凶有潜砻娴臏囟却蠹s是100萬攝氏度左右。事實(shí)上，中子星表面的超強(qiáng)重力環(huán)境不允許任何高度超過幾厘米的地表凸起存在，這也讓中子星表面成為宇宙中最光滑的天體表面之一。

　　另外還有中子星的磁場(chǎng)，它們的磁場(chǎng)同樣是宇宙中最為強(qiáng)大的。即便是磁場(chǎng)最弱的中子星，其強(qiáng)度也比地球磁場(chǎng)高出大約1億倍——這樣的強(qiáng)度幾乎可以破壞原子結(jié)構(gòu)。在中子星的兩極，強(qiáng)大的磁場(chǎng)加速帶電粒子，如正電子和電子，并以束流的方式向太空當(dāng)中高速噴射出去。這樣的噴流會(huì)在射電波段形成信號(hào)源，并最終被地球上的射電望遠(yuǎn)鏡所接收到。

　　當(dāng)然，也正是這樣的噴流讓這種天體得到了脈沖星的名稱。當(dāng)一顆中子星高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，它兩端的兩束噴流就像宇宙中的燈塔信號(hào)一樣，掃過太空。從地球看去，它就像一盞時(shí)明時(shí)暗，極具周期性的脈沖信號(hào)，其中有些甚至可以慢到10秒一次。

　　如果你要站在一顆中子星的表面，你將會(huì)立刻被壓扁成薄薄的一層“物質(zhì)層”，其厚度僅有一層原子那么厚，平鋪在中子星的地表上

　　美國(guó)天體物理學(xué)家約瑟夫·泰勒。由于與羅素·哈爾斯一起利用脈沖星雙星觀測(cè)證實(shí)了引力波的存在，這兩位物理學(xué)家被授予了1993年度的諾貝爾獎(jiǎng)

　　但盡管存在自轉(zhuǎn)周期比較長(zhǎng)的脈沖星，它們?cè)谝婚_始的自轉(zhuǎn)速度都是非常快的。這種高速度是從其作為大質(zhì)量恒星內(nèi)核開始就繼承下來的。隨著恒星燃料逐漸耗盡，其再也無法維持自身的穩(wěn)定，恒星的核心在自身巨大引力的作用下發(fā)生劇烈塌縮。

　　就像滑冰運(yùn)動(dòng)員在收起雙臂時(shí)旋轉(zhuǎn)速度會(huì)加快一樣，隨著自身直徑的劇烈收縮，恒星內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)速度急劇加快。當(dāng)恒星最終衰亡只剩下作為殘骸存在的中子星時(shí)，這顆中子星的自轉(zhuǎn)速度可以超過每秒100次。隨著時(shí)間推移，纏繞的磁場(chǎng)逐漸丟失能量，中子星的自轉(zhuǎn)速度也就隨之逐漸放慢下來。

　　但為何庫卡尼所發(fā)現(xiàn)的那顆中子星的自轉(zhuǎn)速度會(huì)如此之快？在經(jīng)過認(rèn)真分析之后，天文學(xué)家們意識(shí)到，要想要達(dá)到這樣驚人的自轉(zhuǎn)速度，這顆中子星必定需要得到近旁的另一顆伴星的幫助。隨著這顆伴星逐漸耗盡其燃料，它會(huì)發(fā)生膨脹，就像所有其他恒星同樣會(huì)經(jīng)歷的那樣——此時(shí)它的外層大氣會(huì)在引力作用下流向脈沖星，并在其周圍形成高速旋轉(zhuǎn)的吸積盤結(jié)構(gòu)，就像水池里的水排出時(shí)在落水口形成的漩渦那樣。這種旋轉(zhuǎn)的吸積盤將會(huì)加速脈沖星的旋轉(zhuǎn)速度。

　　毫秒脈沖星的發(fā)現(xiàn)讓脈沖星研究領(lǐng)域重新煥發(fā)出生機(jī)。自從1967年英國(guó)女科學(xué)家喬林斯·貝爾發(fā)現(xiàn)第一顆脈沖星以來，這一領(lǐng)域已經(jīng)變得死氣沉沉。該領(lǐng)域的一項(xiàng)里程碑式發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在1974年，當(dāng)時(shí)羅素·哈爾斯(Russell Hulse)和約瑟夫·泰勒(Joseph Taylor)發(fā)現(xiàn)了一對(duì)正在相互繞轉(zhuǎn)并逐漸彼此接近的脈沖星。在這一過程中，這兩顆脈沖星的能量必定正在不斷以引力波的形式發(fā)生散失，引力波是時(shí)空中的漣漪。

　　這兩人進(jìn)行的測(cè)量時(shí)迄今人類所獲得有關(guān)引力波存在的最清晰證據(jù)，從而證明了愛因斯坦在其廣義相對(duì)論中所作出的預(yù)言。1993年，由于在這方面做出的開創(chuàng)性工作，這兩位物理學(xué)家被授予諾貝爾獎(jiǎng)。庫卡尼表示：“那是這個(gè)領(lǐng)域的巔峰時(shí)期。但在那之后，這個(gè)領(lǐng)域僅剩下的唯一可做的事情似乎就是發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星而已了。到了1982年，有一種感覺就是，似乎關(guān)于脈沖星的一切都已經(jīng)被搞清楚了?！?/p>

在整個(gè)宇宙中，除了這里你找不到其他具備如此高的密度和壓力環(huán)境的地方

　　宇宙實(shí)驗(yàn)室

　　直到庫卡尼發(fā)現(xiàn)首顆毫秒脈沖星，這種死氣沉沉的局面才終于被打破。自那以后，天文學(xué)家們又找到了大約300顆屬于這一類別的脈沖星。他們認(rèn)為僅在銀河系中就有超過2萬顆毫秒脈沖星，另外還有數(shù)量大致相同的常規(guī)脈沖星——聽上去似乎數(shù)量不少，但相比銀河系內(nèi)動(dòng)輒數(shù)以千億計(jì)的恒星數(shù)量，這類神秘天體的數(shù)量實(shí)際上是極其稀少的。庫卡尼發(fā)現(xiàn)的脈沖星PSR B1937+21一直保持著自轉(zhuǎn)速度最快天體的記錄直到2006年。就在這一年，與當(dāng)年發(fā)現(xiàn)首顆毫秒脈沖星時(shí)的庫卡尼一樣還是研究生身份的杰森·赫塞爾斯(Jason Hessels)發(fā)現(xiàn)了一顆編號(hào)為Terzan 5ad的脈沖星，這是一顆非常暗弱的脈沖星，但其自轉(zhuǎn)速度高達(dá)每秒716圈。

　　在這樣的高速和巨大的質(zhì)量下，毫秒脈沖星將具備巨大的角動(dòng)量，因此它們的自轉(zhuǎn)速度將很難慢下來。這就讓它們?cè)诼L(zhǎng)的時(shí)間里能夠一直保持近乎不變的自轉(zhuǎn)周期。當(dāng)毫秒脈沖星最早被發(fā)現(xiàn)時(shí)，它們的自轉(zhuǎn)周期精度幾乎可以與地球上最精確的原子鐘相媲美。目前在荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)擔(dān)任教職的赫塞爾斯表示，時(shí)至今日，最新一代的原子鐘的計(jì)時(shí)精度已經(jīng)超過了脈沖星，但如果放在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度下，比如數(shù)十年的時(shí)間里去比較，那么毫秒脈沖星的計(jì)時(shí)精度仍然可以達(dá)到與最新的原子鐘不相上下的地步。

　　即便經(jīng)過數(shù)十億年之后，毫秒脈沖星的自轉(zhuǎn)周期也只會(huì)延長(zhǎng)幾個(gè)毫秒而已，但由于天文學(xué)家們能夠精確測(cè)定其減速速率，因此他們就可以扣除減速效應(yīng)的影響并繼續(xù)將它們用作精確的計(jì)時(shí)工具。