科普：中子星和脉冲星

中子星

中子星是大质量恒星爆炸转变的产物。任何恒星的生命都是一种小心翼翼的平衡行为：自身物质的引力向内拉，而恒星核心将氢燃烧成氦所产生的热和光的压力向外推。对于一颗大质量恒星来说，这种微妙的变化会持续数百万年，直到核心的氢供应不足。重力开始起作用，地核收缩并升温。温度的升高使恒星能够将氦融合成更重的元素，暂时避免了引力坍缩。

这个循环持续了数千年，恒星的核心变得越来越热，密度越来越大。在地核的最深处，大量的铁灰开始积聚。到此为止：如果没有能量的输入，铁就不能聚变成更重的元素。当地核中积累了足够多的铁时，地核就会迅速坍塌。电子和质子被挤压在一起形成中子。这些中子暂时但猛烈地阻止了坍缩。在这个过程中，恒星的外层在超新星爆炸中被炸开，这是自然界最壮观的爆炸。残余的核心，大约20公里宽，密集地包裹着中子，被称为中子星。

中子星是一项极端的研究。它们的质量大约是太阳的两倍，但半径只有太阳的三万分之一（换算成密度大约相当于原子核的密度）。中子星不仅密度极高，而且温度极高。1000华氏度的炭火发出红光，而年轻的中子星表面的温度超过100万度，并在X射线中“发光”。

脉冲星

一种特殊的中子星，被称为脉冲星，会周期性或重复地发射无线电波、X射线和伽马射线。1967年，剑桥大学的研究人员乔斯林·贝尔·伯内尔和安东尼·休发现了第一颗脉冲星，尽管弗里茨·兹威基和其他人早在30多年前就预测到了它们的存在。

尽管研究人员已经了解脉冲星近40年了，但他们仍然不太了解脉冲星的工作原理。科学家们知道中子星旋转得非常快——在某些情况下，每秒旋转数百次。他们还知道年轻的中子星有非常强的磁场和电场。但是没有人确切知道这些场是如何定向的，它们是如何将粒子加速到如此巨大的能量，或者它们是如何将这些能量转化为无线电和伽马射线的。

KIPAC研究人员研究脉冲星的一种方法是用一种称为费米大面积望远镜（LAT）的高灵敏度仪器观察它们的伽马射线发射。自从费米- lat的任务在三年前开始以来，宇宙中已知的伽玛射线脉冲星的数量已经从区区几颗跃升到一百多颗。LAT不仅发现了几十个新的辐射源，而且它的灵敏度使研究人员能够比以前的探测器更精确地确定它们的性质。

伽玛射线脉冲星的大量发现有助于在几个方面的科学认识。首先，虽然脉冲星在无线电频谱中发射的是非常窄的所谓“灯塔”光束，但在伽马射线光谱中，它们发射的是更宽的“扇形”光束。这一发现表明，许多脉冲星——尤其是年龄不到几十万年的年轻脉冲星——在无线电频谱中是看不见的，但在伽马射线中是可见的。随着研究人员发现更多这样的年轻脉冲星，他们对银河系中大质量恒星的诞生和死亡频率有了更好的了解。

其次，脉冲星的高能光可以精确地揭示其磁层中粒子加速发生的位置，从而揭示加速电场的位置。通过将LAT观测与无线电测量相结合，KIPAC的研究人员开始建立模型，描述脉冲星的发射是如何产生的。

最后，LAT可以引导射电望远镜找到双星系统中的脉冲星，从而获得有关其组成的重要信息。反过来，现代射电望远镜的巨大灵敏度使得对这些紧凑而巨大的系统进行极其精确的测量成为可能。由于中子星和脉冲星的密度极高——远远超出了在实验室中可以复制的任何东西——这些质量测量提供了关于极高密度下基础物理特性的独特信息。

随着科学对这些小而奇怪的天体的理解不断加深，我们对分散在宇宙中的各种物体的认识也在增加。