會“唱歌”的星

□文/宋媛媛

脈沖星想象圖 供圖/銳景創意

今年中國科學院大學寄給本科新生的錄取通知書顯得非常獨特，因為里面還有一組來自宇宙深處的聲音——錄取通知書中附贈了一張特殊的黑膠光盤，刻錄了中國科學院大學師生通過中國天眼（FAST）捕獲的15顆脈沖星信號，這些信號在經過小限度處理后，以音頻的形式呈現。

仔細聽，這些聲音有的像是汽船正在鳴笛離港、草原上的牧民打馬而過，有的像是心臟跳動的聲音、雨聲、手持煙花燃放時發出的聲音……

大家一定很好奇吧，脈沖星究竟是什么樣的星，它們為什么能發出“聲音”？今天我們就來聊一聊神奇的脈沖星。

宇宙中的“小綠人”

脈沖是什么呢？我們可以摸摸自己的脈搏或者心臟，它們都在穩定、規律、有節奏地跳動，這就是一種脈沖信號，我們用手就能感受到。宇宙中有一種星星也能發出規律的、周期性的脈沖信號，它們就是脈沖星。

脈沖星無法被肉眼觀測，在古代人們并不知道它的存在，關于脈沖星的探測和研究也不過只有幾十年的歷史。在20世紀60年代，脈沖星才首次被探測到，它的探測離不開一種望遠鏡——射電望遠鏡的發展。第二次世界大戰結束后，原先用于戰爭的大量武器裝備紛紛失去了用武之地，于是科學家非常聰明地對它們進行改造，應用到科學研究的領域，其中雷達、無線電等就被用到射電望遠鏡上，從此開啟了射電天文學的研究。

那么，什么是射電呢？宇宙中的天體會發出各個波段的信號，有可見光、無線電、紅外線、X射線、伽馬射線等。我們常見的光學望遠鏡只能接收可見光波段的信號，射電望遠鏡能接收無線電波的信號，除此之外，還有紅外線望遠鏡、X射線望遠鏡等。通過不同波段的探測，科學家發現了一個意想不到的廣闊宇宙，很多新發現相繼出現，脈沖星就是其中之一。

讓我們把時間拉回到1967年，看看脈沖星是如何被發現的吧！

1967年的英國劍橋大學，安東尼·休伊什教授和他的學生喬瑟琳·貝爾正在利用射電望遠鏡進行相關的探測和研究。射電望遠鏡接收的信號以信號波的形式被記錄在紙上，圖案很像心電圖，每天的記錄紙帶長達30米！24歲的貝爾負責將這些“心電圖”進行分析和處理，面對煩瑣的工作，貝爾展現了非凡的耐心和細心。終于，她的辛苦付出有了豐厚的回報。一天，貝爾在冗長的記錄中發現了一段很規律的脈沖信號，每隔1.337秒重復一次！這樣快速而有規律的信號不像是一個星體發出的，難道是外星人在向地球發射信號嗎？

當時英國有一本非常熱銷的關于外星人的科幻小說，書中出現的外星人通體為綠色，所以這個脈沖信號被稱為LGM（Little Green Men）1，即小綠人1號。在與導師休伊什商量之后，貝爾繼續進行觀測。到了11月，貝爾又發現了3個與之前相似的脈沖信號，而且是在天空的不同位置！它們被稱為LGM2、LGM3、LGM4，即小綠人2號、小綠人3號、小綠人4號。這真的是外星人發出的信號嗎？貝爾和導師休伊什基本排除了這種可能，因為外星人不可能在4個相距非常遙遠的位置紛紛向地球發信號，所以這很可能是一種前所未見的、會發出脈沖信號的天體，他們就將這類天體命名為脈沖星。

脈沖星的發現在天文界引起了巨大的轟動，一類新天體被發現了，很多天文學家開始對脈沖星進行探測和研究。貝爾的導師休伊什因此獲得了1974年的諾貝爾物理學獎，遺憾的是，脈沖星的第一發現者貝爾卻未獲獎，這在當時還引起了很大的爭議。不過，人們卻記住了這位認真執著、細心敏銳的科學家貝爾女士。

會“唱歌”的中子星

這個會發出規律信號的脈沖星到底是如何形成的？在隨后的研究中，科學家揭開了它的神秘面紗。脈沖星其實就是會發出脈沖信號的中子星！

中子星是一種高度致密的天體，1立方厘米的體積上能有重達10億噸的物質！我們地球上沒有這樣高密度的物質。一個半徑只有10千米左右的中子星，質量卻能達到太陽的2倍！其實，中子星是恒星演化的老年階段，當一顆恒星走完它的“中年期”后，先會急劇膨脹形成紅巨星或紅超巨星，再急劇坍縮，最終會根據質量大小，形成白矮星、中子星或者黑洞。

喬瑟琳·貝爾

快速旋轉的脈沖星

中子星還有一個特點就是自轉非?？?。恒星在急劇坍縮成中子星的過程中，直徑快速變小，自轉會不斷加快，形成極快的轉速。這就像花樣滑冰運動員在旋轉時會收緊雙臂，能讓旋轉速度加快一樣。

那么，中子星是如何發出脈沖信號而成為脈沖星的呢？

在坍縮的過程中，中子星原有的磁場被壓縮，變得高度密集，形成非常強大的磁場，強度是太陽磁場的幾千億至上萬億倍！真是超級強的磁場！在中子星極快速旋轉時，它的磁場就會發出束狀的輻射，形成的效果就像海上旋轉的燈塔一樣。如果我們的地球正好處在束狀輻射掃過的區域，就有可能通過射電望遠鏡接收到脈沖信號。由此可見，脈沖星本質就是中子星，不過并不是所有的中子星都會發出脈沖信號。

那么，文章開頭提到的脈沖星“聲音”是怎么來的呢？其實并不是它們真的會發出聲音，這是科學家將接收到的射電信號轉換成了人耳能聽到的聲波，這樣我們就能“聽”到脈沖星了！

為啥要研究脈沖星

說了這么多脈沖星的故事，你可能會問，研究這么遙遠的天體有啥用呢？

除了能更深入地認識宇宙，科學家還認為，脈沖星特殊的性質能幫助我們在未來進行星際定位！脈沖星的自轉周期非常穩定，堪比原子鐘。它們發出的脈沖信號很容易識別，假如未來在星際旅行中，宇宙飛船想要知道自己的位置，只要探測宇宙中3顆以上的脈沖星就能獲取位置信息了。因此，脈沖星簡直是天然的導航系統！

位于貴州的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），是目前世界上最大、最靈敏的射電望遠鏡，它已經探測到了數十顆脈沖星。在2018年，FAST首次發現了毫秒脈沖星，這顆脈沖星的自轉能達到每秒上百次，自轉周期為5.19毫秒！而國際上其他射電望遠鏡都未能觀測到它。

研究脈沖星對于理解中子星的演化、引力波、黑洞都有重要的意義，相信隨著研究的不斷深入，未來科學家在脈沖星領域將有更多新發現，對廣袤的宇宙也有更深入的認識，讓我們拭目以待吧！

恒星在急劇坍縮成中子星 供圖/銳景創意