中子星与脉冲星

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基本数据

当一颗质量超过太阳约8倍的恒星耗尽燃料时，它的核心会在超新星中坍缩。如果剩下的核心质量大约在1.4到2个太阳质量之间，它就成为一颗中子星。

在坍缩过程中，引力把电子压进质子，使它们变成中子，一种不带电荷的粒子。结果实际上就是一个巨大的原子核，只不过把它维系在一起的是引力，而不是核力。

如果核心更重，就没有什么能阻止坍缩，它会变成黑洞。中子星是到达那一步之前的最后一站。

一颗典型的中子星直径只有约20千米，大致相当于一座城市，却拥有比整个太阳还多的质量。一块方糖大小的中子星物质，重量约等于地球上全体人类的总和，一茶匙也许重达10亿吨。

表面重力强到从约1米高处落下的物体，会以每小时数百万千米的速度撞到地面。它的表面可能极其光滑，“山峰”还不到2.5厘米高。

坍缩的核心在收缩时会保持自转，就像滑冰运动员收拢双臂一样，所以新生的中子星转得非常快。它们的磁场也被压缩到地球磁场的数万亿倍。

1967年，当时还是剑桥大学研究生的乔丝琳·贝尔·伯内尔，在她的射电望远镜数据中注意到一小段奇怪而有规律的“杂波”：每1.34秒到达一次的脉冲。信号如此稳定，以至于团队开玩笑地把它称为LGM-1，意思是“小绿人”。

很快又发现了更多这样的源，天文学家意识到它们是自转的中子星。射电波束从磁极附近射出，当磁极与自转轴有夹角时，波束就会扫过太空。如果其中一束扫过地球，我们每转一圈就会看到一次脉冲。

有些脉冲星每秒转几圈；而“毫秒脉冲星”从伴星那里窃取气体而被加速，每秒转数百圈。它们的“滴答”如此规律，堪比原子钟，天文学家利用成组的毫秒脉冲星来寻找时空中缓慢的涟漪。

磁星是一种磁场比普通中子星强约一千倍的中子星，拥有已知最强的磁场。这样的磁场在约到月球一半的距离处就能消掉一张信用卡的磁性数据，还会使恒星附近的原子变形。

外壳中的应力可能突然断裂，释放出X射线和伽马射线的爆发。2004年12月，一颗距离约5万光年、名为SGR 1806−20的磁星发出的巨型耀发，强到对地球高层大气产生了可测量的影响。

磁星还与一些快速射电暴有关，那是短暂而非常明亮的射电闪光。2020年，其中一次被追溯到银河系内的一颗磁星。

2017年8月17日，LIGO和Virgo探测器记录到了引力波，即空间本身的微小涟漪，它们来自约1.3亿光年外两颗相互旋近的中子星。约1.7秒后，美国航天局的费米卫星从同一片天区捕捉到一次短暂的伽马射线暴。

几小时之内，望远镜在星系NGC 4993中发现了一个新的光点。那是一颗千新星，由碰撞中抛出的放射性物质提供能量的辉光，人们从伽马射线到射电波的各个波段对它进行了观测。

光谱显示，这类合并会产生重元素，很可能包括金和铂。这是人类第一次同时用引力波和光来研究同一个宇宙事件，这一领域如今被称为多信使天文学。

中子星太小太暗，无论用肉眼还是家用望远镜都无法把它们作为单个天体看到。不过，你可以看看它们的“家”。

金牛座的蟹状星云（M1）中有一颗每秒约转30圈的脉冲星；在小型望远镜中你看到的是发光的云，而不是脉冲星。大型专业望远镜能记录下它的闪烁。

许多射电天文俱乐部和大学科普项目会让公众收听转换成声音的脉冲星信号，这是聆听一颗死亡恒星“滴答”作响的难忘方式。