出品：科普中國

作者：書波（科普創(chuàng)作者）

監(jiān)制：中國科普博覽

當(dāng)人們做心臟檢查時(shí)，每次心跳都會(huì)在心電圖上化為一段形狀相似的折線，它們記錄的是人體在心跳時(shí)發(fā)出的電脈沖信號(hào)。其實(shí)脈沖在世間無處不在，是一種短促而強(qiáng)烈的信號(hào)先出現(xiàn)，然后快速消退的物理過程。

我們的身體里就存在電脈沖，它們是由特定細(xì)胞間的電流產(chǎn)生的，在腦電和心電等電生理活動(dòng)發(fā)生時(shí)，都會(huì)不斷發(fā)出對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，用專業(yè)的儀器便可以捕捉和記錄它們的信息。在我們的日常生活之外，宇宙中各種天體進(jìn)行著各式各樣的電磁作用，向外源源不斷地發(fā)出脈沖信號(hào)，并在射電望遠(yuǎn)鏡的面前顯出真身。

要說最著名的射電脈沖天體，非脈沖星莫屬，因?yàn)樗偰芟駮r(shí)鐘一樣定時(shí)發(fā)出頻率極快的脈沖信號(hào)，最快者幾毫秒即可發(fā)射一次。而最近，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆持續(xù)了35年的不明脈沖源，它像脈沖星一樣閃爍，但脈沖的頻率卻慢上百上千倍。

記錄脈沖的心電圖（圖片來源：Pixabay）

脈沖：被高速旋轉(zhuǎn)的中子星掃來

在討論不明脈沖之前，我們先回顧一下脈沖星的發(fā)現(xiàn)歷史。

在1967年，劍橋大學(xué)的博士生約瑟林·貝爾分析射電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)時(shí)，注意到一個(gè)神秘的射電源，它每間隔1.337秒就會(huì)發(fā)出脈沖信號(hào)，間隔時(shí)間極度精確。天文學(xué)家們不禁好奇，到底是什么能如此精準(zhǔn)地發(fā)來脈沖信號(hào)呢？難道是地外文明的廣播？

在當(dāng)時(shí)的科幻作品里，駕駛UFO來到地球的外星小綠人大受關(guān)注。貝爾和導(dǎo)師休伊什也半信半疑地給這個(gè)射電源編號(hào)為“LGM-1”，意思是“小綠人1號(hào)”。但貝爾幾個(gè)月后又發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)發(fā)出脈沖的射電源，這就說明，神秘脈沖不是外星人搞的鬼，因?yàn)檫h(yuǎn)在不同星球上的不同地外文明，發(fā)出的信號(hào)不應(yīng)該都是一個(gè)套路，這應(yīng)該是一種未知天體搞的鬼。

約瑟林·貝爾（圖片來源：wikipedia）

天文學(xué)家們想起來巴德和茨威基在1934年的預(yù)言：大質(zhì)量的恒星燃盡后，會(huì)被自己的引力壓成一種由中子組成的致密天體——中子星。中子星直徑只有20千米左右，別看它只有一個(gè)城市那么大，但上面每立方厘米的物質(zhì)就重達(dá)數(shù)億噸。

巨大的動(dòng)能濃縮到這么小的軀體上，中子星便擁有了高速旋轉(zhuǎn)的能力，每隔幾秒鐘就自轉(zhuǎn)一圈。中子星還被強(qiáng)大的磁場所包圍，粒子從磁極的南北極發(fā)出強(qiáng)烈的輻射束。而且，中子星的磁軸和自轉(zhuǎn)軸其實(shí)是不重合的，所以輻射束會(huì)隨著中子星自轉(zhuǎn)掃過天空。只要角度合適，中子星每自轉(zhuǎn)一周，輻射束就掃過地球一次，而望遠(yuǎn)鏡則看到一束閃過的脈沖，這就是中子星化身脈沖星的原理。

主流理論認(rèn)為，我們看到的脈沖，是中子星的磁軸方向爆出的輻射束（圖片來源：北京天文館）

神秘脈沖信號(hào)的來源究竟是什么？

脈沖星的理論模型看起來很完善，但世上沒有完美的科學(xué)理論，一些新發(fā)現(xiàn)在挑戰(zhàn)我們的認(rèn)知。

2023年7月，《自然》期刊報(bào)道了一個(gè)奇怪的新發(fā)現(xiàn)：編號(hào)GPM J1839-10的奇怪“磁星”。這顆天體位于1.5萬光年外的天鵝座方向，像脈沖星一樣定時(shí)發(fā)射脈沖信號(hào)。但是相比那些頻率快到秒級(jí)的脈沖星，這顆天體的脈沖頻率慢到長達(dá)22分鐘，且發(fā)射的信號(hào)每次會(huì)持續(xù)5分鐘。

查詢檔案后，研究人員發(fā)現(xiàn)，該天體的脈沖信號(hào)早在1988年就被記錄到了，而且一直持續(xù)了30多年，不過直到近期才得到科學(xué)家的認(rèn)真考察。

那么這顆天體到底是什么呢？

第一種猜測是，它是自轉(zhuǎn)慢到破紀(jì)錄的中子星。因?yàn)橹凶有寝D(zhuǎn)久后，能量會(huì)逐漸流失，從而越轉(zhuǎn)越慢。可是，在能量下降的同時(shí)，中子星的磁場所產(chǎn)生的輻射束也會(huì)日趨衰竭。根據(jù)計(jì)算，22分鐘自轉(zhuǎn)一圈的中子星已經(jīng)衰老到不能發(fā)射脈沖了，所以GPM J1839-10應(yīng)該不是衰老的中子星。

中子星甚至可以不到1秒發(fā)射一次脈沖（圖片來源：澳大利亞國立望遠(yuǎn)鏡機(jī)構(gòu)）

天文學(xué)家們又想到第二種可能性：磁星。磁星是一種磁性比普通中子星強(qiáng)上千倍的罕見中子星，至今只發(fā)現(xiàn)了20多顆。磁星自轉(zhuǎn)速度比較慢，好幾秒才能轉(zhuǎn)一圈，上面的環(huán)境不是很穩(wěn)定，經(jīng)常爆發(fā)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的X射線，一并會(huì)出現(xiàn)射電脈沖。如果在GPM J1839-10周圍發(fā)現(xiàn)了X射線，那不就說明它是自轉(zhuǎn)特別慢的磁星嗎？但讓人失望的是，人們沒有在它周圍發(fā)現(xiàn)高能射線的蹤影。

磁星示意圖（圖片來源：《Astronomy》雜志官網(wǎng)）

難道GPM J1839-10不是中子星，而是別的天體？

揭秘進(jìn)行時(shí)：白矮星，或未解之謎？

第三種猜想非常大膽：神秘天體也許是白矮星。

白矮星是質(zhì)量較小的恒星熄滅后形成的致密天體，直徑比中子星大數(shù)百倍，大小和地球差不多。你可能要問了，脈沖星不都是中子星嗎？難道白矮星也能發(fā)出脈沖信號(hào)？

沒錯(cuò)，人類還真的發(fā)現(xiàn)了兩顆白矮星扮成的脈沖星：2016年發(fā)現(xiàn)的天蝎座AR星，每1.97分鐘發(fā)射一波脈沖；而2023年發(fā)現(xiàn)的J1912-4410，約5分鐘發(fā)射一波脈沖。

天蝎座AR星（圖片來源：wikipedia）

兩顆白矮星都和旁邊的紅矮星組成了雙星，每幾分鐘就相互旋轉(zhuǎn)一圈。從白矮星磁場中高速飛出的粒子甩向身旁的紅矮星，一番“隔山打牛”形成強(qiáng)烈的脈沖。這樣的白矮星每幾分鐘才產(chǎn)生一次脈沖，頻率相比中子星的秒級(jí)，和22分鐘算是很接近了，那它們是否是神秘脈沖的來源呢？

遺憾的是，白矮星的猜測還是匹配不上現(xiàn)實(shí)。因?yàn)?strong>白矮星釋放的能量較少，剛剛提到的天蝎座AR星，亮度就只有GPM J1839-10的千分之一。

如果這顆天體既不是磁星、中子星，也不是白矮星，那它會(huì)是什么呢？

歷史仿佛回到了人類曾把脈沖星當(dāng)作“小綠人信號(hào)”的1967年，今天的許多人也把GPM J1839-10視為可能的“外星人信號(hào)”。但取得這次發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在2022年還曾發(fā)現(xiàn)另一顆類似的神秘天體，編號(hào)GLEAM-X J162759.5-523504.3，它每18分鐘11秒發(fā)射一次持續(xù)約1分鐘的脈沖信號(hào)，不過這個(gè)信號(hào)維持兩個(gè)月就消失了。

兩個(gè)不同的地外文明不至于發(fā)出一個(gè)樣子的信號(hào)，這和“LGM-1”不是“小綠人”是一個(gè)道理，最近出現(xiàn)的兩個(gè)神秘脈沖信號(hào)也是同一種天體搞的鬼，而不是外星人傳來的。看來，宇宙中存在一種每隔20分鐘左右發(fā)射一次脈沖的天體，既可能是自轉(zhuǎn)超慢的新型中子星，也可能是全新的未知天體。它是一種自然形成的天文現(xiàn)象，只等我們用新的觀測結(jié)果和理論來解釋它。

結(jié)語

歷史上，天文學(xué)家自1967年發(fā)現(xiàn)脈沖星后，發(fā)現(xiàn)越來越多類似的天體，隨著數(shù)據(jù)的積累，終于揭示出它們的秘密。在今天，倘若我們想查明GPM J1839-10是什么，最好的辦法也許是對(duì)天空開展更詳細(xì)、更持久的觀測，并開拓新的理論。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)更多類似的射電源之后，謎底距離揭開也就不遠(yuǎn)了。

參考文獻(xiàn)：

[1] Hurley-Walker, N., et al. "A long-period radio transient active for three decades." Nature 619.7970 (2023): 487-490.

[2] Kaspi, Victoria M. "Slow-beating radio waves from a long-lived source." (2023): 472-473.

[3] A rare, mysterious radio source is stumping astronomers, Astronomy Magazine.

[4] Bizarre 'slow' neutron star challenges our theories about dead stars.

[5] Something in space has been lighting up every 20 minutes since 1988, ArcTechnica.

來源: 中國科普博覽

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