所说的中子星的认识呢实际上是基于我们量子力学上

对于简并态的研究，现在我们知道因为中子星的内部没有热核反应。

所以它不像正常的恒星那样通过核反应来产生

热量提供热压力和辐射压力

来抗衡它的引力，它主要是依赖于叫做简并的中子压力。

这种简并的中子压力是在极高的密度下才会出现的，因为中子呢和电子一样，

在量子力学里面我们称为叫费米子所以它们在高压下面那么有可能会处于简并态。

由于这个简并态它所提供的压力和我们通常的热

压力相比呢有很大的差别，所以这就造成了一个中子星一个特殊的

我们称为叫做质量和半径的关系，而这个质量和半径关系呢在我们

下面的图上面以几条黑色的曲线来代表的。

大家可以看到它们大体的趋势是随着半径的减小中子星的质量呢在增大。

而我们知道我们一般来讲我们正常的恒星

它一般是质量越大的话那么半径也越大，所以它们是正相关的，但是对于中子星来讲呢它恰好是反过来变化的。

那么这一点和白矮星是非常相似的，那么白矮星也遵循相似的这样一个关系

所以中子星呢就存在一个所谓的极限质量的这样的一个上限，这个上限呢我们通常称为叫做

奥本海默的质量上限，那么它的大小呢大概在 2到3个太阳之间，为什么还不确定呢？

因为我们看到不同的模型所预言的质量上限呢是有一定的差别的。

所以目前来讲呢我们还不能够准确的去断定哪一个模型是真正准，是真正可靠的。

那么这是中子星的一个非常重要的一个一个特征。

由于中子星存在一个质量上限，所以我们往往把超过这个质量上限的致密天体呢我们就认为是黑洞了。

好了，刚才我们提到了脉冲星

脉冲星是中子星但是反过来并不一定。

中子星不一定都是脉冲星，它需要一些特别的条件或者是性质

才能够发射出脉冲这样一个特性出来。

而通常来讲我们说中子星的它的几种可能的能源以及它

可能的观测表现呢可以在这里做一个简单的一个小结。

而如果说中子星刚刚诞生不久那么它必定很热，因为它是从铁核塌缩

而来的，所以伴随着塌缩呢会有大量的引力势能的释放的过程，所以这个过程呢会加热中子星那么它就会

有大量的热量通过辐射的方式来散发出来所以我们一般呢在非常年轻的中子星上面可以观测到它的

热辐射，我们把这样的中子星呢称为叫做年轻的正在冷却的中子星当然它们的数目呢现在还不多。

那么最丰富的也是最多的表现形式呢就是射电脉冲星。

这个时候它的能源主要是来自于中子星转动的动能。

它通过损耗它的动能把它变为射电辐射甚至包括射电和其它波段的辐射。

而另一方面也有少一部分的中子星它

具有非常强的磁场那么在我们这个课程里面没有涉及到有些中子星它的磁场强度远远的超过

我们正常的射电脉冲星的射电这个磁场的强度，所以这个时候它的磁能

在它所有的能源里面占了最主要的成份，所以磁能的释放呢也会有

不同的观测上的表现。

比如说有些呢可能是以叫做反常的X射线脉冲星的方式，还有些呢

是在软伽玛射线上面通过爆发的形式来表现出来的，那么这两类源目前都已经被观测到了。

那么最后实在双星系统里面。

如果说一个中子星通过引力

它俘获了来自伴星的物质的话，这个时候我们把这个过程称为叫吸积的过程。

由于引力势能的释放呢也会产生大量的辐射并且这个辐射呢在中子星表面附近呢

主要的是以X射线的方式来产生出来的所以我们把它们称为叫做X射线的双星。

那么在我们这里呢主要的讨论一下射电脉冲星。

我们简单的看一下射电脉冲星的一些基本的性质啊。

随着我们射电望远镜的效率的提高，

对于射电脉冲星的数目呢现在每天都在增加。

它的数目目前来讲呢已经超过了2000颗。

这个主要是在我们银河系里面的，在河外星系呢也有少量的能够被观测到，那么从

分布上我们看到它们大部分是集中分布在银道面上面的。

这是很自然的可以预计的。

为什么呢因为我们刚才提到了中子星是大质量恒星死亡后的产物，而这个大质量恒星呢它们最初的分布呢就是在

银河系的银道上面，而射电脉冲星的这脉冲辐射

并不是一成不变的它的周期目前我们看到的是从

一个毫秒到将近10秒，在这个范围里面但是这个周期呢在随着时间缓慢的在增长在变长。

我们在右边的图上面看到的是脉冲周期

和周期变化率的这样一个分布图，大家可以看到大部分的脉冲星分布在这个区域它们对应的脉冲周期呢大约在

零点几秒，那么周期变化率大约在10的-14次方秒每秒。

每秒钟变化这么多所以有些脉冲星呢变化的比较快一些，但是也有些呢我们看到

在左下角的那些脉冲星我们称为叫做毫秒的射电脉冲星它们的脉冲周期变化呢

非常的缓慢。

这个射电脉冲星的周期的变化呢可以用一个非常稳定的时钟来表示，因为为什么呢？因为它

在我们可以预计的这样的时间里面几乎不发生变化。

而通常我们在地面上能够使用的最准确的原子钟的时间变化的

导率呢大约是10的-16次方秒每秒所以这是一个毫秒脉冲星呢比我们使用的原子钟呢还要

更加的稳定。

脉冲星的物理的模型呢现在大家已经公认是叫所谓的倾斜自转的一个磁中子星的这样一个模型。

而首先它是一颗中子星。

这是由于它的脉冲辐射的周期和时间变化这个特征所决定的。

那么在自转中子星的这样一个模型里面呢我们认为它的脉冲周期和它的自转周期是相等的。

但这个并不是说它的辐射本身是不对称的而是说它的

辐射的方式由于受到磁场的影响产生了一个叫束状的这样一个形式像一个手电筒一样的。

所以它的辐射虽然在时时刻刻的在进行，但是由于它的

自转的影响，所以每当它的辐射束扫过我们地球的时候呢，我们就观测到了一次脉冲的信号。

反之当辐射束离开我们地球的时候呢这个信号呢就消失了。

由于自转的这个稳定性那么就导致了脉冲周期呢也是稳定的。

那么为什么会产生这样一个束状的辐射呢？这和脉冲星的具有强磁场这样一个性质有关系。

并且呢强磁场也是导致脉冲星能够产生脉冲信号或者说脉冲辐射的

一个重要的前提条件，因为只有转动的磁场

或者说我们更广义的来讲变化的磁场，那么它才能够产生电场。

那么在这个强电场的作用下面呢，脉冲星或者说中子星表面的那些个带电的粒子会被

加速会从它的表面被拔出来。

然后沿着磁力线向外面运动。

那么在这个高速运动的过程里面呢，这些个带电的粒子呢会产生电磁辐射。

所以我们看归根结底这个电磁辐射的能源呢还是来自于它的转动，所以磁场呢只是一个媒介。

把转动的动能呢，把它提取出来了。

这个射电脉冲星的发现那么对于我们中子星的研究呢，起了非常巨大的一个推动作用。

那么除了这之外呢，人们在

上个世纪七十年代还发现了更为特别的，我们称为叫做

"双中子星系统"，这是由两个中子星构成的一对双星系统。

那么在这个双星系统里面，最早的这个源我们称为叫做"1913+16"这个源里面，

其中，一颗中子星呢，是射电脉冲星。

它的脉冲周期呢是59毫秒；另外一颗中子星呢，没有看到射电脉冲。

所以这个虽然是个双中子星呢，但是只有一颗呢表现为射电脉冲星。

那么它们的轨道周期是7.75个小时，并且人们通过观测发现它的轨道周期呢在随着时间在减小、在收缩。

而这个收缩的变化率呢，和广义相对论所预言的

当两个致密的天体在相互绕转的时候，会产生引力辐射，或者说引力波。

那么这个引力波呢就提取了轨道的能量和角动量，使得轨道发生收缩这样一个现象。

所以它和广义相对论所预言的轨道收缩的速率呢是非常精确地吻合的。

好，我们看到的右面的这张图上面，这些个点呢，是观测的值，而那个曲线呢，是理论的预言。

好了，这是对于广义相对论的一个非常有利的、间接的支持。

由于这个发现呢，那么它们的两个天文学家：赫尔斯、泰勒，后来获得了诺贝尔的物理学奖。

最后我们简单地谈一下 X射线的脉冲星。

我们看到的左下方的图呢，是一个X射线双星的一个想象图。

大家可以看到这个X射线双星呢，是由一颗中子星

和通常是一个正常的恒星所组成的这样一个双星系统。

但这个双星系统呢，它们相互之间呢有物质的交流的现象。

这是一个正常的恒星。

我们看到它已经膨胀了，而由于它的膨胀

所以物质呢就有可能从，我们称为所谓的叫"拉郎格日点"的这个位置，就流向中子星。

但是中子星在这里是看不到的，为什么呢？因为它太小了。

我们看到的呢是由于传输物质，具备角动量所以，所形成的一个环绕着中子星的一个吸积盘。

那么这个吸积盘呢，在向内旋近

里面的物质啊向内旋近并且接近中子星的过程里面，也会释放大量的能量。

那么最终，当这些物质到达中子星的时候呢，如果说这个时候这个中子星也具有强磁场的话，

那么物质的运动，也会沿着磁力线到达中子星的两个极区。

那么这个时候的辐射呢，类似于射电脉冲星的那种行星，它也是

非各项同性的、也是我们看到呈束状的。

所以我们在X射线波段呢，也可以看到它的脉冲这样的现象。

如果说脉冲辐射能够被观测到的话，那么我们就称这种 X射线双星呢叫做X射线的脉冲星。

那么在我们银河系里面已经发现了大约三百多颗的X射线双星。

那么其中，大约有六七十颗是属于X射线脉冲星。

好，我们这一小节就到这里。

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宇宙灯塔：脉冲星（下）

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