脉冲因星体自转所致,而非脉动产生。
发射周期性脉冲辐射的自转磁中子星。
脉冲因星体自转所致,而非脉动产生。
1968年2月,英国《自然》杂志发表A.休伊什在剑桥领导的研究组宣布的消息:他们收到了来自宇宙空间的无线电信号。所用射电望远镜本来的目标是观测受行星际物质影响的射电波的闪烁,它的特点是能够识别快速变化的脉冲信号。1967年7月这台仪器正式投入使用,用望远镜观测并担任繁重记录处理的是休伊什的博士研究生J.贝尔。在观测过程中,他们在3.7米的波长上发现来自狐狸座的具有极短周期的射电脉冲信号,脉冲周期是1.3373秒。第二天的同一时间在同一天区通过视场的时候,又收到了这种奇怪的脉冲信号。不久,在其他天区又陆续发现好几个这种快速脉冲的射电源。贝尔偶然发现的正是一颗发出射电脉冲的脉冲星。脉冲星的一般符号是PSR。如第一颗脉冲星就记为PSR1919+21。1919表示这个脉冲星的赤经是19小时19分,+21表示脉冲星的赤纬是北纬21°。最令天文学家惊奇的是脉冲星的辐射变化如此迅速,周期为秒的量级。随着探测器分辨率的提高,测得的脉冲的精细结构也就更清楚。万分之一秒的射电强度变化也能看得出来。如此高频的光变表明脉冲星的尺度是如此之小,直径不能大于几十千米。脉冲星的发现,被称为20世纪60年代的四大天文学重要发现之一。20世纪60年代至21世纪初,脉冲星又有许多新发现:脉冲星与超新星遗迹成协(1968)、脉冲双星(1975)、毫秒脉冲星(1982),以及围绕脉冲星的行星(1992)等。截至21世纪初期,发现的脉冲星数目已超过两千。除了自转能提供辐射能量的脉冲星,还存在吸积能提供辐射能量的X射线脉冲星。著名的星表是ATNF脉冲星星表(Australia Telescope National Facility,ATNF),给出了星名、坐标和各种参数。AXP是反常X射线脉冲星,SGR是软γ射线重复暴。它们是否是自转驱动的脉冲星尚在争论:如果是磁星则是由磁能驱动的;如果有吸积过程(存在吸积盘)就不是磁能驱动了。
①周期性地发射短促的脉冲辐射。②脉冲周期很短。周期最短的脉冲星J1748-2446ad的周期为1.4毫秒,最长的为8.5秒,周期通常有非常缓慢的变长现象。大约每年增长百万分之一秒到千亿分之一秒。③脉冲辐射多呈单峰或双峰形状,有的甚至多到五个峰。每个脉冲星的个别脉冲在脉冲形状和强度上会有变化,但几百个脉冲累加得到的平均脉冲轮廓(在脉冲期间辐射能量随时间的变化曲线)是稳定的。每个脉冲星有它特有的平均脉冲轮廓。④脉冲辐射持续时间约为周期的百分之一到十分之几。⑤脉冲辐射是高度的线偏振或椭圆偏振。偏振度和偏振矢量的方向在脉冲期间通常是变化的。⑥绝大多数脉冲星是在射电波段发出辐射,其频谱分布一般呈简单的幂律谱,也有呈现为二段幂律谱合成的频谱。频谱指数通常是在1~3的范围。⑦有些脉冲星的个别脉冲出现规则的向前或向后的漂移现象,有些脉冲星有时会呈现短缺脉冲现象。⑧个别脉冲星出现周期突然变化的现象。如近年来PSR0833-45的脉冲周期发生过三次突然变化,PSR0531+21也有类似现象。⑨已发现的脉冲星绝大多数是银河系内的天体,距离在100秒差距到2万秒差距之间。大多分布在银道面两旁,有向银道面聚集的倾向。大、小麦哲伦云已经发现有脉冲星。
普遍认为,脉冲星是有很强磁场的快速自转着的中子星。它的表面磁场约为108~1013高斯。脉冲周期对应自转周期。脉冲星辐射的能量是靠消耗它自身的自转能而来的。随着脉冲星不断地辐射能量,它的自转逐渐变慢,这就是脉冲星周期缓慢变长的原因。利用脉冲星的周期变率的观测值,可计算脉冲星的能量损失速率。如对于蟹状星云的中心星,可求得能量损失速率为5×1031焦/秒,这与整个蟹状星云辐射的能量相符合。脉冲星的能量转化过程是十分复杂的,自转能由两种过程把能量带走:一种是低频的磁偶极辐射;另一种是脉冲星磁层中被加速的高能粒子。观测的就是由这些高能粒子的能量转化出来的电磁辐射。关于这种能量转化的机制的轮廓已弄清,但细节还不十分清楚。观测表明,电磁辐射具有高度的方向性,就像灯塔光束一样,使得脉冲星自转一周就能给出对应的脉冲图样。最著名的一颗脉冲星是蟹状星云的中心星PSRB0531+21[2](或NP0532),它的周期是0.0331秒。它在射电、红外线、可见光、X射线和γ射线等波段都发出脉冲辐射。它的目视等是17,距离约6300光年。蟹状星云的中心星一般认为是中国宋代记录的超新星(1054年金牛座“客星”)爆发后的残骸。(见蟹状星云脉冲星)蟹状星云是超新星爆发时抛出壳层的遗迹。脉冲星的年龄与由蟹状星云大小推算出的年龄相吻合,脉冲星能量损失与蟹状星云辐射能量的自洽,都有力地证实了这一点。脉冲星的发现并被证认为中子星是天体物理学和物理学的一项重大成就。这证实了20世纪30年代在理论上预言的、一种新型的、由超密态物质组成的恒星的存在。因此,脉冲星的发现被誉为20世纪60年代天文学的四大发现(脉冲星、类星体、微波背景辐射、星际分子)之一。1974年,诺贝尔物理学奖颁给了休伊什,以奖励他所领导的研究小组发现了脉冲星。1993年,R.A.赫尔斯和J.H.泰勒又因发现射电脉冲双星为引力的研究提供了新机会而获得诺贝尔物理学奖。