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目前宇宙中最精确的时钟

2015-8-11不详佚名

据英国广播公司(BBC)网站报道,一开始,希纳·库卡尼(Shri Kulkarni)并没有意识到自己此时正在经历的是什么。此时正是1982年9月的一个午夜,他正在波多黎各岛上的阿雷西博天文台,利用这里巨大的射电天线开展脉冲星的搜寻工作:这是大质量恒星死亡之后留下的一种拥有极高密度,高速旋转的残骸。

中子星物质的密度十分惊人,仅仅大约一汤匙的中子星物质,其质量就将超过1万亿公斤,这几乎相当于地球上所有人类体重的总和

脉冲星属于中子星的一类,它们是大质量恒星死亡之后留下的残骸

在此之前,库卡尼刚刚发现了自己的第一颗脉冲星,这颗脉冲星的自转速度极快——大约每1.5毫秒就自转一周,这在当时比任何已知的天体自转还要快上大约20倍。

这一年,库卡尼还只是一名研究生,在他的脑海里,这样高速的自转除了有些令人惊讶之外并没有其他特别的意义。他想,这只是一颗自转有些快的脉冲星而已。他打电话给自己的项目导师,已故的加州大学伯克利分校著名天文学家唐·贝克(Don Backer)并报告了相关情况。多年之后,他回忆起当时通话时的情景:“那是一段漫长的沉默。”或许是因为贝克教授意识到了这条消息背后的重大意义。

很快,贝克教授提醒库卡尼他眼前的这项发现所隐含的意义:这是一个正以每秒641圈的速度高速旋转的天体。今天的库卡尼已经是美国加州理工学院的一名天文学家,他说:“当时有很多人认为在这样的高速旋转下,脉冲星应该会分崩离析。”

库卡尼发现的脉冲星PSR B1937+21一直保持着自转速度最快天体的记录直到2006年。就在这一年,杰森·赫塞尔斯发现了一颗编号为Terzan 5ad的脉冲星,这是一颗非常暗弱的脉冲星,但其自转速度高达每秒716圈

美国天体物理学家罗素·哈尔斯。他与另一位美国科学家约瑟夫·泰勒一起,在1974年发现了一对正在相互绕转并逐渐彼此接近的脉冲星

脉冲星很小,直径一般和一座小型城市相当(大约20公里左右),而当时的一般观点认为,如果它的自转达到这样的高速,那么强大的离心力将会把它自己撕成碎片。

但此次库卡尼的发现用事实打破了这种预言。这项发现将不仅改变库卡尼的职业生涯,也将彻底改变整个脉冲星科学研究领域。这颗脉冲星编号为PSR B1937+21,它成为了一类最新划出的类型——毫秒脉冲星中的第一颗成员。

这种脉冲星不仅自转速度快的惊人,它们还有一项引人注目的特征,那就是它们自转的周期性非常精确,甚至几乎可以说是宇宙中最精确的时钟!正是借助了这些宇宙时钟,天文学家们才得以解答有关恒星,物质,甚至是时空本身的许多问题。

毫秒脉冲星是大自然给与我们的馈赠。它是一座位于天宇之中,精密的物理学实验室

黑洞可能会产生引力波

极端天体

即便是最普通的脉冲星也非常不可思议。它们是宇宙中密度最高的天体之一,它们是质量约为太阳8~20倍之间的大质量恒星爆发衰亡之后留下的遗骸。当这样的大型恒星耗尽它最后的燃料并逐渐走向死亡之时,将会以超新星的方式发生猛烈爆发,在此过程中将其外层气体壳完全剥离。

爆发过后残留下来的就是一个密度极高的内核,由于压力太过巨大,这个内核物质中的电子已经被挤压而与原子核中的质子相结合形成中子,这就是所谓中子星。中子星的密度十分惊人,其相当于将1.2~2倍太阳的质量挤压进一个直径约20公里的球体内。仅仅大约一汤匙的中子星物质,其质量就将超过1万亿公斤,这几乎相当于地球上所有人类体重的总和。

这样惊人的密度意味着在中子星的表面,引力将会十分强大——比地球表面的引力场高出大约1000亿倍。如果你要站在一颗中子星的表面,你将会立刻被压扁成薄薄的一层“物质层”,其厚度仅有一层原子那么厚,平铺在中子星的地表上。当然前提还得是你不怕热,因为中子星表面的温度大约是100万摄氏度左右。事实上,中子星表面的超强重力环境不允许任何高度超过几厘米的地表凸起存在,这也让中子星表面成为宇宙中最光滑的天体表面之一。

另外还有中子星的磁场,它们的磁场同样是宇宙中最为强大的。即便是磁场最弱的中子星,其强度也比地球磁场高出大约1亿倍——这样的强度几乎可以破坏原子结构。在中子星的两极,强大的磁场加速带电粒子,如正电子和电子,并以束流的方式向太空当中高速喷射出去。这样的喷流会在射电波段形成信号源,并最终被地球上的射电望远镜所接收到。

当然,也正是这样的喷流让这种天体得到了脉冲星的名称。当一颗中子星高速旋转时,它两端的两束喷流就像宇宙中的灯塔信号一样,扫过太空。从地球看去,它就像一盏时明时暗,极具周期性的脉冲信号,其中有些甚至可以慢到10秒一次。

如果你要站在一颗中子星的表面,你将会立刻被压扁成薄薄的一层“物质层”,其厚度仅有一层原子那么厚,平铺在中子星的地表上

本文来源:不详 作者:佚名

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