什么是中子星

什么是中子星
什么是中子星

什么是中子星
太空灯塔——中子星
1967年,天文学家偶然接收到一种奇怪的电波.这种电波每隔1—2秒发射一次,就像人的脉搏跳动一样.人们曾一度把它当成是宇宙人的呼叫,轰动一时.后来,英国科学家休伊什终于弄清了这种奇怪的电波,原来来自一种前所未知的特殊恒星,即脉冲星.这一新发现使休伊什获得了1974年的诺贝尔奖.到目前为止,已发现的脉冲星已超过300个,它们都在银河系内.蟹状星云的中心就有一颗脉冲星.
脉冲星是本世纪60年代四大天文发现之一 (其他三个是：类星体、星际有机分子、宇宙3K微波辐射).因为它不停地发出无线电脉冲,而且两个脉冲之间的间隔(脉冲周期)十分稳定,准确度可以与原子钟媲美.各种脉冲星的周期不同,长的可达3.7秒,短的只有0.033秒.
脉冲星就是快速自转的中子星.中子星很小,一般直径只有10千米,质量却和太阳差不多,是一种密度比白矮星还高的超密度恒星.
中子星的前身一般是一颗质量比太阳大的恒星.它在爆发坍缩过程中产生的巨大压力,使它的物质结构发生巨大的变化.在这种情况下,不仅原子的外壳被压破了,而且连原子核也被压破了.原子核中的质子和中子便被挤出来,质子和电子挤到一起又结合成中子.最后,所有的中子挤在一起,形成了中子星.显然,中子星的密度,即使是由原子核所组成的白矮星也无法和它相比.在中子星上,每立方厘米物质足足有10亿吨重.
当恒星收缩为中子星后,自转就会加快,能达到每秒几圈到几十圈.同时,收缩使中子星成为一块极强的“磁铁”,这块“磁铁”在它的某一部分向外发射出电波.当它快速自转时,就像灯塔上的探照灯那样,有规律地不断向地球扫射电波.当发射电波的那部分对着地球时,我们就收到电波；当这部分随着星体的转动而偏转时,我们就收不到电波.所以,我们收到的电波是间歇的.这种现象又称为“灯塔效应”.
中子星的能量辐射是太阳的100万倍.按照目前世界上的用电情况.它在一秒钟内辐射的总能量若全部转化为电能,就够我们地球用上几十亿年.
中子星并不是恒星的最终状态,它还要进一步演化.由于它温度很高,能量消耗也很快,因此,它的寿命只有几亿年.当它的能量消耗完以后,中子星将变成不发光的黑矮星.
脉冲星的性质
作为一颗快速自转的中子星,脉冲星具有许多非常独特的性质,这些性质使我们大开眼界.因为,它们都是在地球实验室中永远也无法达到的,从而使我们更加深入地认识到恒星的一些本质.概括起来说,这些性质是：
（1）脉冲星无例外地都是很小的,小得出奇.它的典型直径只有10公里,也就是说,小小中子星的“腰围”只有30多公里,相当于一辆汽车以普通速度行驶1小时的距离.可是,就是这么颗小个子恒星,却有那么多的极端的物理条件,也真是够惊人的!
（2）脉冲周期都非常之短,短到简直难以想象的程度.已观测到的最长的脉冲周期,只有4．3秒,最短的约2毫秒,即千分之二秒.换句话说,脉冲星的自转都特别快,从4．3秒转一圈到1秒钟转500圈!发射脉冲的持续时间大致是其周期的1／10至1／100.最近一些年来,发现了不少毫秒级的脉冲星,是否今后会发现脉冲周期更短的、或更长的脉冲星呢?现在还很难说.
（3）密度大得惊人.密度一般用1立方厘米有多少克来表示,水的密度是每立方厘米重1克,铁是7．9克,汞是19．3克.如果我们从脉冲星上面取下1立方厘米物质,称一下,它可重1亿吨以上、甚至达到10亿吨.假定我们地球的密度也达到这种闻所未闻的惊人程度的话,那它的平均直径就不是12740公里,而是一二百米或更小.
（4）温度高得惊人.据估计,脉冲星的表面温度就可以达到1000万度,中心还要高数百倍,譬如说达到60亿度.我们以太阳来作比较,就可以有个稍具体的概念：太阳表面温度6000摄氏度不到,越往里温度越高,中心温度约1500万度.
（5）压力大得惊人.我们地球中心的压力大约是300多万个大气压,即我们平常所说的1标准大气压的300多万倍.脉冲星的中心压力据认为可以达到10000亿亿亿个大气压,比地心压力强30万亿亿倍,比太阳中心强3亿亿倍.
（6）特别强的辐射.太阳一刻不停地向四周辐射出大得惊人的能量,到达地球的只是其中的22亿分之一.即使如此,我们人类获益匪浅.而脉冲星的辐射能量平均为太阳的百万倍.
（7）特别强的磁场.在地球上,地球磁极的磁场强度最大,但也只有0．7高斯（高斯是磁场强度的单位）.太阳黑子的磁场更是强得不得了,约1000～4000高斯.而大多数脉冲星表面极区的磁场强度就高达10000亿高斯,甚至20万亿高斯.
脉冲星都是我们银河系内的天体,距离一般都是几千光年,最远的达55000光年左右.根据一些学者的估计,银河系内脉冲星的总数至少应该在20万颗以上,到80年代末,已经发现了的还不到估计数的千分之五.今后的观测、研究任务还很艰巨.
脉冲星从发现至今,只有短短二三十年的时间,尽管如此,不论在推动天体演化的研究方面,在促进物质在极端条件下的物理过程和变化规律的研究方面,它已经为科学家们提供了非常丰富而不可多得的观测资料,作出了贡献.同时,它也在这个新开拓的领域内,向人们提出了一连串的问题和难解的谜.
天文信息
2007年3月20日光明网-光明日报：欧洲空间局的科学家最近宣布,他们借助强大的“Integral”天文望远镜,发现了迄今转速最快的中子星,每秒旋转1122圈,比地球自转快1亿倍.
最先观测到这颗星的西班牙天文学家库克勒说,早在1999年便已发现了这颗代号为J1739-285的中子星,但不久前才通过望远镜算出它的转速.
这颗中子星的直径约10公里,但质量却与太阳相近,其密度惊人,高达每立方厘米1亿吨.其巨大引力从临近恒星不断夺取大量炙热气体,并不断诱发热核爆炸.
天文学家正是通过这种现象发现了它.此前的中子星自转纪录是每秒716圈,恒星转速一般在每秒270-715 圈.700圈曾被认为是天体旋转极限,按目前的物理学理论,转速超过此极限,恒星将被强大离心力摧毁或化 为黑洞.但最新发现否定了这一看法.
理论上,每秒1122转并不是旋转极限,大型中子星转速有可能高达3000转.令天文学家困惑的是,为什么天体在高速旋转的强大离心力下,却依然会不断收缩,而且不损失自身物质.
中子星又称脉冲星,是除黑洞外密度最大的星体,同黑洞一样,也是20世纪60年代最重大的发现之一
那是1967年8月,剑桥射电天文台的女研究生贝尔在纷乱的记录纸带上察觉到一个奇怪的“干扰”信号,经多次反复钻研,她成功地认证：地球每隔1.33秒接收到一个极其规则的脉冲.得知这一惊人消息,她的导师休伊什曾怀疑这可能是外星人——“小绿人”——发出的摩尔斯电码,他们可能在向地球问候.但是,进一步的测量表明,这个天体发出脉冲的频率精确得令人难以置信,并没有电码的明显丰富信息.接下来,贝尔又找出了另外3个类似的源,所以排除了外星人信号,因为不可能有三个“小绿人”在不同方向、同时向地球发射稳定频率信号.再经过认真仔细研究,1968年2月,贝尔和休伊什联名在英国《自然》杂志上报告了新型天体——脉冲星的发现,并认为脉冲星就是物理学家预言的超级致密的、接近黑洞的奇异天体,其半径大约10公里,其密度相当于将整个太阳压缩到北京市区的范围,因此具有超强的引力场.乒乓球大小的脉冲星物质相当于地球上一座山的重量.这是20世纪激动人心的重大发现,为人类探索自然开辟了新的领域,而且对现代物理学的发展产生了深远影响,成为上世纪60年代天文学的四大发现之一.
然而,荣誉出现了归属争议.1974年诺贝尔物理学奖桂冠只戴在导师休伊什的头上,完全忽略了学生贝尔的贡献,舆论一片哗然.英国著名天文学家霍伊尔爵士在伦敦《泰晤士报》发表谈话,他认为,贝尔应同休伊什共享诺贝尔奖,并对诺贝尔奖委员会授奖前的调查工作欠周密提出了批评,甚至认为此事件是诺贝尔奖历史上一桩丑闻、性别歧视案.霍伊尔还认为,贝尔的发现是非常重要的,但她的导师竟把这一发现扣压半年,从客观上讲就是一种盗窃.更有学者指出,“贝尔小姐作出的卓越发现,让她的导师休伊什赢得了诺贝尔物理奖”.著名天文学家曼彻斯特和泰勒所著《脉冲星》一书的扉页上写道：“献给乔瑟琳·贝尔,没有她的聪明和执著,我们不能获得脉冲星的喜悦.”
关于脉冲星真正发现者的争论和对诺贝尔奖委员会的质疑,已经历了40年.40年后的今天,它再次成为关注话题.回首往事,作为导师的休伊什获得了诺贝尔奖,无可厚非,但贝尔失去殊荣,却令人感到惋惜.如果没有贝尔对“干扰”信号一丝不苟的追究,他们可能错过脉冲星的发现.若把诺贝尔奖“竞赛”比作科学“奥运会”,那么,40年前的“裁判”们显然吹了“黑哨”,至少是误判,这玷污了诺贝尔奖的科学公正权威性.
最近,贝尔访问北京期间,笔者与她谈起脉冲星的发现经历和对诺贝尔奖的看法,她说,脉冲星发现后不久,她就被迫离开了剑桥大学.沉默稍许,她直言,上世纪60年代,科学机构普遍存在忽视学生贡献的倾向,特别是女学生.导师经常以“上级领导”自居,将学生成果窃为己有,然后想办法把学生一脚踢开.然而,1993年,两位美国天文学家因发现脉冲星双星而荣获诺贝尔奖时,诺贝尔奖委员会格外精心,邀请贝尔参加了颁奖仪式,算是一种补偿吧.1968年,离开剑桥后,她和休伊什没有再合作,直到上世纪80年代,他们才在一次国际会议上相见,并握手言和.脉冲星发现以来,除了诺贝尔奖,她荣获了十几项世界级科学奖,并成为科学大使.

我们知道物质由原子构成.而原子核只占原子体积很小的一部分.原子核由质子和中子组成
中子星全部由中子密堆成的星球.因而密度异常大.(1立厘米中子有1亿吨左右)一般具有很高的自转速度.

恒星死亡后的一种形态，在此种状态下，原子核的核外电子被巨大的压力压到原子核内并和质子结合成中子，物质完全由中子组成。这种物态是不同于固态、液态和气态的另外一种状态，叫做中子态，中子星就是完全由中子态物质组成的，密度极大。