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第9部分（第2页）

一般认为，某些脉冲星的高能辐射是在中子星的极冠上发出的。沿磁场线落向极冠的带电粒子以高到接近于光速的速度撞击星体的坚硬外壳而使之剧烈升温。中子星简言之就是一个巨大的旋转磁体，其作用像一台发电机，一个每秒钟转一周的中子星能产生10’‘伏特的电压。在这种条件下，电力能够克服巨大的表面引力而使带电粒子释放并随之被加速。这些粒子立即产生高能伽玛射线，但这种辐射因被磁场抓住而难以逃离，于是转变成电子＼正电子（电子的反粒子）对。这些对又会湮灭而产生新的伽玛射线，这些伽玛射线稍后又产生出新的电子一正电子对，如此循环，直到辐射逃离这个区域。这个多重粒子产生的过程叫做级联，能使一个由里面释放的粒子产生出几千个粒子。

在脉冲星刮出的电磁旋风里，射电辐射只能算是一点“沙沙”声，但正是这点声响被我们的仪器收到了。脉冲星理论家正在构造脉冲星大气（又称为磁球，由于磁场的根本重要性）的模型，试图解释脉冲星辐射的所有细节。这就像由听声音来推断工厂里～架隐藏着的机器的运转状况。

脉冲星的熄灭

如同恒星的命运是由其质量控制一样，脉冲星的命运（这里是指其旋转周期的演化）是由初始磁场决定的。很容易推测出，脉冲星的旋转会随着其能量的损耗而一点点地减慢。由于能量的释放是由磁场造成的，对脉冲星减慢速率的测量就能用来计算中子星的磁场。

由于这个缘故，年轻中子星的旋转就比年老的要快得多。诞生于1054年的蟹状星云脉冲星当然还很年轻，它每秒钟转33次，而年老脉冲星的周期就可能是几秒钟。但是，脉冲星的周期不可能短于1毫秒，如果周期太短，脉冲星的固体外壳就会因承受不了离心力而破碎。

脉冲星的减慢速率是每秒10－“到10－”秒。这个极低的值仍然可以在一段几年长的时间里测量出来。旋转变得过慢，脉冲式的辐射也就消失了，脉冲星的寿命决不超过几百万年。

超新星与脉冲星

已经几次提到蟹状星云和船机座星云的脉冲星，它们是与著名超新星的遗迹相联系的。但是，在其他很有名的超新星遗迹里就没有找到脉冲星，像仙后座八天鹅座环、第谷超新星（1572）和开普勒超新星（1604）都是如此。脉冲星与超新星遗迹之间的联系是出乎意外的：在截至1991年已知的450颗脉冲星和20o个超新星遗迹中，只有三对结成了伴侣。

有好几种情况可以导致这个意外的结果。最简单的解释是超新星并不留下一个中于星，而是留下某种不同类型的残迹（完全粉碎，或是黑洞），或者是中子星虽在爆发中形成，但又被爆发推到了别处。事实上，母体星的引力坍缩可能并不是严格球对称的，由于旋转轴一般不与磁轴重合，物质的喷射是不对称的，在星体一侧以1万公里／秒的速度喷射出占总质量10％以上的物质，将给予脉冲星在相反方向上一个每秒数百公里的速度。这种现象就像枪射击时的反冲，是运用动量守恒定律的结果。反冲作用可以使超新星与刚形成的中子星分开，迫使天文学家到别的地方去寻找他们的脉冲星。

也可能许多脉冲星像其他恒星一样，原来是在双星系统中。如果伴星的质量足够大并且也发生了超新星爆发，爆发的威力可能足以使双星系统被撕开，并给予脉冲星（中子星）以如实际观测值那么大的速度（lk60公里／秒）。

对于几乎所有超新星遗迹中都未见脉冲星这一现象的另一种可能解释是，中子星是存在的，但脉冲辐射现象要么不够强，要么不能从地球上观测到。脉冲星辐射的基本特征是各向异性，脉冲星像一座灯塔，辐射是集中在一个与旋转轴有一定倾角的狭窄推里。如果发射锥的取向不适当，光束就永远不会扫过地球，因此，许多中子星虽然实际上是脉冲星，但不能被地球上的天文学家作为脉冲星观测到。

脉冲星一般都比超新星遗迹要老。脉冲射电辐射时期只是中子星寿命很有限的一段，但比超新星遗迹的寿命要长得多。由旋转减慢速率估计的脉冲星平均寿命约是300万年（但最老的在10亿年以上），在这个时间里也发出射电辐射的超新星星云已完全消散，于是，观测到的脉冲星就比超新星遗迹要多得多，银河系里脉冲星的总数可能高达数万。

空中旋转冠军

1982年发现了一颗每秒自转660次（即周期为1．5毫秒）的超快脉冲星。它的减慢速率是如此微小（每秒10‘9秒，即自转周期在100年里增大10rp秒），至比地球上用作“标准”时间的最好的钻原子钟还要精确。

这颗星被记为％R1937＋21（数字是其赤道坐标，即赤经为19时37分，赤纬为十21“），它提出了一个特别有趣的理论问题。如果它的磁制动是这么弱，磁场强度就必定比蟹状星云和船帆座星云脉冲星的磁场要小1万倍。但按照通常的关于脉冲星形成的观点，磁场很弱意味着年龄很大，而这又与其极高的旋转速度完全不符，怎样调解这个矛盾呢？

一个非常有吸引力的理论模型是，脉冲星是双星系统的一员，其旋转被来自伴星的气流加速。这个主意被最近发现的另外两个超快脉冲星所证实，一个的周期是5．5毫秒，另一个是6毫秒，它们都有明显的伴星。但是没有找到PSR1937－ZI的伴星，当然也有可能那伴星原是颗挨得很近的白矮星。这样一个系统的引力辐射将使轨道收缩，直到两颗星碰撞，白矮星被强大的潮汐力撕开而不复存在，中子星因受到碰撞，其旋转速度就增大到现在的观测值。

如同一颗属于双星系统的普通恒星的演化过程会由于两颗星之间的物质转移而改变一样，双星中脉冲星的演化也与孤立的脉冲星不同。对一些具有特征性磁场值和旋转速度值的脉冲星的观测绘中子星的形成以新的启示。有的中子星的确可以属于双星系统，它们不是直接形成于超新星核心的引力坍缩，而是由于白矮星因捕获身旁伴星的气体而不断增大质量，终于超过钱德拉塞卡极限而紧缩成中子星，就像最后如根草压垮了骆驼背。

脉冲双星的大贡献

迄今知道有一打射电脉冲星是在双星系统里。这种存在方式的好处之一是能够借以测定中于星的质量。这一打脉冲星中有一颗，即19N年发现的四RI叨3＋16，又远比所有其他的都重要得多。它在天鹰座，距离地球为17000光年，本身是一颗质量为1．4M＠的中子星，在被发现时的射电脉冲频率是每秒

16．94次（此后的旋转速度在衰减）。独特之处在于那颗“沉默”的伴星也是颗具有同样质量的中子星。两颗致密星靠得极近，相距只有几百万公里，以7小时45分的周期相互绕转。这个双星系统为广义相对论关于物质加速时以引力波形式辐射能量的预言提供了一个理想的检验（见第18章）。双星轨道能量的损耗必然导致轨道的收缩，而表现为轨道周期的缓慢衰减。

根据爱因斯坦理论所作的计算与在12年里仔细记录的观测结果精确相符。大多数其他的引力理