來自太空的信號，真是外星人發的嗎？

近期，距地球1480光年的一顆恆星引起關注，一些科學家認為我們發現了比人類更高級的外星文明——被稱為「戴森球」跡象！且目前還未定論。但是，在很早以前，人類就已經開始了對外星的探索，比如1967年，科學家無意間發現了一種快速的周期性脈衝信號，一開始的猜測是外星人信號，那麼今天，我們首先來弄明白1967年發現的這個信號到底是什麼吧！

從外星人發來的信號到中子星再到夸克星

1967年，英國劍橋大學的博士研究生喬絲琳·貝爾本打算用一架新建成的射電望遠鏡，通過天體的閃爍（類似星星眨眼睛的現象）來研究類星體，卻無意間發現了一種快速的周期性脈衝信號。1968年，人們終於明白脈衝星應該就是1932年蘇聯物理學家朗道預言的由中子構成的天體——中子星。脈衝星的脈衝周期也就是自轉周期。快速自轉的中子星從磁場的兩極發出光束，如果光束能夠掃過地球，我們就能接收到周期性的「閃光」，彷彿宇宙中一閃一閃的「燈塔」。

脈衝星燈塔

在脈衝星發現之初，人們相信脈衝星就是中子星。然而40多年來的理論研究表明，脈衝星也可能是中子星的「孿生兄弟」——夸克星。1964年，美國物理學家蓋爾曼和茨威格各自獨立地提出中子和質子是由夸克構成的。4年後，這種粒子果真在美國斯坦福大學的粒子加速器中被發現了。很快，1969年，蘇聯物理學家伊萬年科（Ivanenko）和庫爾傑萊澤（Kurdgelaidze）猜想中子星的核心可能是由夸克，而不是由中子組成的；此後，完全由夸克構成的星星——夸克星的概念出現了，成了理論家們探險的新樂園。一種粒子的發現催生由這種粒子構成的天體的猜想，歷史有時候是如此的相似。

中子星及其射電輻射光束

截至目前，人們已經發現了2500多顆脈衝星。脈衝星一個突出的特點是自轉很快，最慢的十幾秒轉一圈，最快的每秒轉動716圈，比F1賽車發動機的最高轉速還要快將近兩倍。如果問宇宙中磁場最強的天體是什麼？非脈衝星莫屬，因為它們星體表面的磁場能達到幾千到幾千億特斯拉，超過所有已知的天體。很多人對特斯拉這個磁場單位沒有概念，舉個例子，生活用品中常見的小磁鐵表面磁場一般在1特斯拉左右，脈衝星磁場之強可見一斑。

毫秒脈衝星：最精密的時鐘，准到什麼程度？

按照自轉周期的差別，脈衝星通常被分為正常脈衝星和毫秒脈衝星。前者的自轉周期要長於幾十毫秒，磁場較強，後者的自轉周期短於幾十毫秒，磁場較弱，並且都非常年老。已知的200多顆毫秒脈衝星有80%左右位於雙星系統中。一般認為，雙星系統中的毫秒脈衝星是由正常脈衝星吞噬伴星的氣體，自轉被加速而形成的。

絕大部分脈衝星的自轉都在變慢，整體上有很好的規律性。不過，通過長期的監測，人們發現大多數脈衝星的自轉減慢有種種不規則的行為，難以做高精度的預測。只有少數毫秒脈衝星非常穩定，其中的一些比地面上最精確的氫原子鐘「走時」還准。大自然賜予了如此精密的時鐘，天文學家們自然要充分發揮它的作用。例如，它們可以用來發展獨立的脈衝星時間標準，用來校準我們常用的、基於原子鐘的授時系統；可以用來測量太陽系行星的質量；還可以用來捕捉引力波，等等。

磁星：可能是宇宙中磁場最強的天體，到底有多強？

磁星

磁星是20世紀70年代X射線和伽馬射線衛星探測到的兩種特殊天體的統稱，最初並不叫磁星，而是兩個讓普通人望而生畏的名字——反常X射線脈衝星和軟伽馬射線重複暴。它們有一個非常吸引天文學家眼球的特點，即它們的X射線或伽馬射線的輻射功率遠遠超過星體的自轉動能變化所提供的功率，聽起來就像收入微薄的窮人卻過著揮金如土的富豪生活。額外的能量從何而來？一直是個謎。

1992年，美國的天文學家鄧肯和湯普森提出猜想，認為這些額外的能量來自於巨大的磁場能量的釋放。這要求星體表面磁場超過44億特斯拉，遠強於普通脈衝星，所以他們給這種天體起了「磁星」的名字。對理論家們來說，磁星有難以抵擋的吸引力，因為超強磁場中物質的行為是過去鮮有人挖掘的金礦，也不可能有地面實驗條件。磁星提供了絕好的研究機遇。但是反對的聲音不絕於耳，有人認為這些能量可能是中子星吞噬環繞在它周圍的氣體而產生的，而中子星本身並沒有超強磁場。有關磁星的發現也是NASA等機構的科學新聞的寵兒，大眾由此對磁星這個名字漸漸熟悉。迄今為止，人類已發現的磁星有28顆，如果將來證實它們確實具有超強磁場，無疑是宇宙中磁場最強的一批天體。

消零脈衝星：輻射是間歇性「發作」，偶爾抽風嗎？

公元1054年，超新星爆發遺留下的蟹狀星雲，脈衝星位於星雲的中心（圖片來源：NASA/ESA哈勃太空望遠鏡拍攝）

大部分脈衝星都在持續地發出射電脈衝，但是有一部分脈衝星的輻射卻是間歇式的。其中數量較多的一種叫消零脈衝星，目前發現了約200個。這種脈衝星的輻射通常會持續一段時間，然後沉寂數秒到數十分鐘，此為脈衝消零現象。大多數消零脈衝星沉寂的時間比例不超過20%，極個別能達到90%左右。2006年，人們發現了一個極端品種，名叫自轉射電暫現源（縮寫為RRATs，類似老鼠的英文發音），每次只發出一個持續幾毫秒的脈衝信號，然後沉寂幾分鐘到幾個小時，再發出下一個。另外一個叫作間歇脈衝星的極端品種，沉寂的時間要長得多。例如一顆名為PSRB1937+21的脈衝星，通常「工作」5~10天（有輻射），然後「休息」4~5周（無輻射）；有的脈衝星「休息」的時間更長。

（本文選自《知識就是力量》雜誌2015年10月刊《脈衝星動物園》一文，作者：王洪光）

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