为什么“小绿人”能发来这么稳定的电报

1967年，年仅24岁的研究生乔丝琳·贝尔，在剑桥大学卡文迪许实验室检测射电望远镜接收的信号时，无意中发现了一些有规律的脉冲信号，这立刻引起了她的注意。仔细的分析表明，这些脉冲信号的周期短促而稳定，仅为1.337秒。如此稳定的脉冲通常只能来自高速自转的孤立天体。但如此短暂的周期，恐怕连致密的白矮星都会在离心作用下瓦解。当时的已知天体都无法满足如此严苛的条件，以至于贝尔一度把它们戏称为外星“小绿人”发来的电报。在接下来不到半年的时间里，又陆续发现了数个这样的脉冲信号。这时人们才恍然记起，30多年前曾有人预言存在一种致密天体——中子星。中子星本身存在很强的磁场，可以把中子星的辐射封闭起来，只沿着磁轴方向从两个磁极区向外辐射。当磁轴和中子星的转轴不一致时，辐射就会像探照灯一样循环扫射。如果观测者正好处在被扫过的天区里，就会收到这种脉冲似的闪耀，所以这类天体就被称为脉冲星。脉冲星的发现使当时该射电项目的负责人、贝尔的导师安东尼·休伊什教授获得了1974年的诺贝尔物理学奖。

科幻作品中想象的“小绿人”

快速自转的中子星像旋转的探照灯那样沿磁轴发出辐射束

脉冲星常常躲藏在美丽的星云中，这些星云是它们“前世”恒星的“骸骨”或者说“灰烬”，称为超新星遗迹。大质量恒星在生命的最后阶段燃料耗尽时，会在自身的引力作用下坍缩，这种坍缩所产生的压力极大，能把电子“压入”原子核，并与质子相结合而生成中子。中子不带电荷，它们可以摆脱核的束缚而形成中子气体。中子气体也像电子气体一样存在“中子简并压”。如果星体内核质量小于3.2倍太阳质量（称为奥本海默极限），高密度的中子气体所提供的“中子简并压”将增大到能阻止引力坍缩，使内核达到一种平衡态。内核坍缩累积的巨大引力势能传递给外围物质，就会发生超新星爆发。爆发会把星体外层物质抛向四周。抛射过程中的冲击波与星际介质作用，会产生各种辐射，形成美丽的星云。著名的蟹状星云、超新星1987A、船帆座超新星遗迹、第谷超新星遗迹等都是这样形成的。而爆炸后遗留的内核就是脉冲星。

脉冲星的物质密度非常高，一块方糖大小的脉冲星物质的质量可以和地球上的一座山相比。但是一个典型的中子星的直径只有十几千米，还不到一个中等城市的大小，因此它非常暗，无法用光学望远镜直接观测到，只有当它狭窄的射电辐射束扫过地球时，我们才能观测到它。脉冲星的自转极快，最快的自转周期可以达到毫秒量级。这是因为脉冲星“前世”的巨大恒星坍缩时，就像伸开双臂的溜冰运动员突然收起双臂一样，原先缓慢的旋转速度就变得非常快。目前已经发现1600多颗脉冲星，大部分在银盘上。这些脉冲星的脉冲非常稳定，甚至比人类制造的最精准的原子钟还要精准。因此人们正在研究使用这种精准的时钟来给卫星导航。（邵正义柴一晟）

蟹状星云脉冲星在不同波段的脉冲信号

蟹状星云

【微博士】天关客星和蟹状星云

据中国史料记载，宋代至和元年五月己丑（1054年7月4日），一颗新见的亮星出现在天关星（金牛座ζ）附近，最亮时有23天白昼都可以看见。这是一颗超新星，其外围部分因爆发而膨胀，形成了超新星遗迹蟹状星云，而其核心形成了一颗中子星。

【微问题】如果脉冲星的辐射束没有扫过地球，我们也有可能发现它吗？

【关键词】脉冲星　中子星　奥本海默极限