非常喜欢脉冲星说过的一句话:你甚至不愿意叫我一声灯塔

图片
众所周知
黑洞不是洞,是坍塌的恒星
非常巧合
脉冲星也是颗星
敲黑板
下面进入正经话题
在浩瀚无垠的宇宙中,存在着一种神秘而迷人的天体——脉冲星。它们以其独特的自转方式和规律释放的电磁脉冲,成为了天文学家们研究宇宙的重要工具。
图片
脉冲星艺术想象图 图源: NASA
近日,2024年北京中考物理试卷中出现了脉冲星的身影,激发了广大师生对这一宇宙奇观的浓厚兴趣。让我们一同走进脉冲星的世界,探索它们的奥秘。
脉冲星的发现可以追溯到1967年,当时天文学家JocelynBell和AnthonyHewish在剑桥大学的一项射电天文观测项目中首次发现了一个异常的射电脉冲源。经过进一步的研究,他们发现这种脉冲信号来自一个非常快速自转的天体,这就是后来被称为脉冲星的天体。
诞生于一场宇宙级的“礼花”
脉冲星,就是旋转的中子星
图片
图源:新华网
那么,中子星是如何形成的呢?脉冲星又为什么叫脉冲星呢?
当一颗质量超过太阳8倍以上的恒星耗尽其核心燃料后,其物质将向核心坍缩,然后发生猛烈的爆炸。在爆炸的过程中,恒星的外层物质被抛向宇宙空间,而核心则可能坍缩成一个密度极高的天体——中子星。
当中子星以极高的速度自转时,其强大的磁场会在磁极处产生强大的电场,进而激发出射电波、X射线和伽马射线等。这些辐射以脉冲的形式从磁极处辐射出来,形成了我们所观测到的脉冲信号,脉冲星因此得名。
图片
脉冲星的射电脉冲扫过地球。Michael Kramer制作
一朵云有多轻呢?大概50万公斤
一勺脉冲星呢?可以翘起一座珠穆朗玛峰
脉冲星的超能力
规律的脉冲信号
脉冲星之所以能够发出规律的脉冲信号,与其自转和磁层的结构密切相关。
大部分脉冲星具有极强的磁场,其磁场强度可以达到地球磁场的百万到数十亿倍。当脉冲星自转时,其磁场与自转轴不对称,导致射电波束不断地从磁极区域辐射出来,从地球的观测角度看,就形成了规律的脉冲信号。
图片
脉冲星的自转周期通常非常精确和稳定,有些甚至可以达到几毫秒,并且这种自转周期几乎不会有显著的变化。有些脉冲星每万亿年才会慢1秒,而人类目前最精确的时钟是每150亿年慢1秒。因此,天文学家可以利用脉冲星的信号来进行非常准确的时间测量和天体导航,脉冲星也被称为“宇宙灯塔”“天文学的时钟”。
极端的物理条件
脉冲星是宇宙中已知密度最高的天体之一,这种极高的密度是由于其内部的物质几乎全部由中子组成,其核心由中子以及一定量的质子和电子组成。它们在极高的压力和温度下被挤压在一起,形成一种极端的物质状态。
这种高密度状态下,脉冲星的物理尺寸通常非常小,直径一般在10千米-20千米之间,甚至还没有一些小行星大。
图片
脉冲星大小跟北京市区的“四环”相当
一立方厘米的脉冲星物质,质量可以高达数亿吨。脉冲星的质量通常在太阳质量的1.4到2倍之间,尽管这种质量相对于恒星来说并不算很大,但高密度使得它们具有与其质量无比匹配的极端重力场,几乎相当于地球表面重力的数十亿倍。
脉冲星的温度相对较高,通常在数十万到数百万摄氏度之间。这些温度主要源自脉冲星形成时的热量,以及来自自身内部核反应和能量释放的余热。尽管表面温度可能很高,脉冲星的冷却速度非常缓慢,因为它们的表面热量主要通过辐射传播,并且内部仍存有大量的热量。
在晴朗的夜里仰望星空
猜一猜
我们看到的星星有哪些是脉冲星呢?
恭喜你答对了,一个都没有
如何观测脉冲星?
脉冲星通常以射电波段进行观测,因为它们发出的脉冲信号主要集中在射电频率范围内。
目前,大多数脉冲星的探测都是通过射电望远镜进行的。射电望远镜通过接收地面或太空中的射电信号来观测脉冲星的脉冲辐射,由于这些辐射往往十分微弱,射电望远镜必须具备高灵敏度和广泛的频率覆盖能力。
FAST是世界上最大的单口径射电望远镜,其口径达500米,接收面积相当于30个标准足球场大小,是目前世界上灵敏度最高的射电望远镜。2016年建成启用以来,FAST发现了900余颗新脉冲星,其中包括120余颗双星脉冲星、170余颗毫秒脉冲星、80颗暗弱的偶发脉冲星。
图片
图源:中国科学院国家天文台
爱因斯坦在广义相对论中预言,超大质量天体运动会扰动时空,产生引力波。引力波会改变脉冲星信号到达地球的时间,中国科研团队分析FAST观测到的57颗脉冲星的相关数据,成功探测到了引力波,验证了爱因斯坦广义相对论的预言。
未来,相信随着FAST的进一步升级和完善,它将在脉冲星的观测和其他天文学研究中发挥更加重要的作用。
如果说宇宙是一片巨大的舞池
脉冲星一定是戴着炫酷LED灯帽的DJ
面向宇宙广撒邀请函
如果你收到了
不妨去看看呀