中子星

在天文学史上，由理论家根据物理学规律预先推算出该天体的存在，再由天文观测家实测从而得到证实的例子是不少见的。中子星也是这样。1932年，英国物理学家查德威克发现组成原子的粒子除电子（带负电荷）和带正电荷的质子之外，还存在一种不带电的粒子，定名为中子。查德威克的发现公布后，当时正在瑞典作学术访问的前苏联物理学家朗道作了一个有趣的预言：在宇宙中存在一种主要由中子组成的星，它的体积很小，质量接近太阳质量，大体包含1057（10亿亿亿亿亿亿亿）个中子，因此密度极高。

那么，中子星是怎样形成的呢？一个正常的恒星经历怎样的物理过程被压缩成如此高密度的中子星呢？巴德和兹维基于1934年作出了回答，他们计算了一个正常恒星（半径约为100万公里）经引力坍缩为大小约10公里的中子星时引力能的变化，发现和超新星释放出的能量相等，因此提出：正常恒星过渡到中子星，是由于超新星爆发造成的。美国科学家奥本海默研究了引力坍缩过程，进一步肯定了中子星存在的可能性。此后相当长的一段时期，人们完全忽略了这些理论家的工作，没有人认为会找到中子星。因为中子星太小，一个比地球还小的恒星发出的光毕竟太微弱了，何况连它是否发光还不清楚呢。直到30年后，人们才以意料不到的方式证实了中子星的存在。

60年代，英国剑桥大学的休伊什和他的学生贝尔（现名伯娜尔），一起制造了一面很大的长波（3．7米）接收天线，用来研究星际电离气体对宇宙射电波的折射效应，即星际闪烁。在这个波长上，只有角直径非常小的射电源才会发生闪烁，较大的射电星系是不会闪烁的。1967年7月，刚开始启用这具射电望远镜作观测的几天内，贝尔就记录到有很强的无线电信号起伏。信号的特征不像是星标闪烁，却很像是地面上的无线电干扰。起初，休伊什把它当作摩托车打火之类的从地面来的无线电干扰而不予理会。以后，这种信号一再反复出现，直到10月份，他们得出结论：这是来自天体的射电信号。他们又换用了一具更灵敏的接收机，11月份，他们第一次接收到清晰的、极其规则的无线电脉冲信号。这是人为的吗？会是宇宙飞船发出的吗？会不会是地外文明世界发来的无线电信号呢？这后一种可能性特别令人激动。有本科学幻想小说中曾描写过地外文明世界有种“小绿人”的高级智慧生物，因此，当时有的科学家戏称这种无线电信号为小绿人的信号。

显然，如果让大家知道他们正在接收小绿人发来的信号，那是多么轰动的新闻，记者就会大批地拥进天文台，从而影响科研工作。所以，直到1968年2月，休伊什才在英国《自然》杂志上发表了他们观测到来自宇宙的射电脉冲星的文章。文章分析了脉冲信号的性质后指出，脉冲星肯定在太阳系之外，可能是某种致密天体，大概是白矮星或者中子星。消息传开之后，各国的射电天文学家立即把注意力转向天空，来证实这一引人注意的发现。两周以后，英国焦德尔雷班克天文台就发表文章，证实了第一颗脉冲星的存在。到1968年，至少有8个射电天文台观测到了脉冲星，到现在已发现了500多个脉冲星。

脉冲星是什么天体呢？人们纷纷提出各种理论，推测什么天体能够发生周期性的脉冲变化。最初，人们认为是白矮星的周期膨胀和收缩运动。但白矮星的脉动周期不会小于2秒，而多数脉冲星的脉冲周期都小于2秒。蟹状星云中的脉冲星，脉冲周期为0．033秒。于是，人们又进一步考虑白矮星双星的公转效应，计算表朋，即使是相接触的双白矮星，其公转轨道周期也不会小于1．7秒。看来唯一的可能解释脉冲星的物理机制是白矮星自转。自转周期为1秒以上的白矮星是稳定的，如果周期太短，快速自转产生的离心力就会使白矮星解体。但不少脉冲星的周期都小于1秒，而且用光学望远镜观测脉冲星竟没有一个是白矮星！

1968年，帕西尼和高尔德分别发表文章，论述脉冲星是具有磁场的快速自转的中子星。这样才使关于脉冲星的争论告一段落。有两颗脉冲星存在于超新星遗迹中，这一事实既证实了超新星爆发会产生中子星的科学预言，也证实脉冲星就是中子星。此外，帕西尼和高尔德预言，脉冲星由于辐射自转应该减慢，不久就发现蟹状星云脉冲星的自转周期果然正在减慢。于是，脉冲星即中子星就完全得到肯定。