第165章 PSR J0740+6620(2 / 2)

可观测Universe Travel旅行 3549 字 21小时前

pSRJ0740+6620和它的伴星白矮星,像一对跳“双人舞”的宇宙搭档:中子星是“领舞者”,每秒625转的高速旋转让磁极辐射的脉冲信号成为“节拍器”;白矮星是“跟随者”,以4.77小时的周期绕它旋转,像被引力绳子牵着的舞伴。

这对“舞伴”的互动,藏着更深的秘密。2024年,团队用欧洲空间局的“盖亚”卫星追踪白矮星的轨道,发现它的轨道平面与地球视线方向有30度夹角——这意味着我们能看到它“凌日”(从地球看,白矮星从脉冲星前方经过)。凌日期间,白矮星会遮挡部分脉冲信号,导致亮度下降0.01%。“这像给脉冲星戴了顶‘遮阳帽’,”小林比喻,“通过帽子阴影的形状,能算出白矮星的直径——30万公里,和地球到月球的距离一样!”

更关键的是“质量交换”的可能。白矮星的质量是0.26倍太阳,虽然比中子星小,但它的引力依然能从中子星风中“偷”走少量物质——这些物质在白矮星表面堆积,可能引发微型核爆炸,发出x射线。“我们正用钱德拉x射线望远镜盯着它,”赵磊说,“如果看到x射线爆发,就证明它们在‘分享零食’,这能帮我们理解双星系统的演化。”

这对“舞伴”的“双人舞”,还让人类第一次“听”到了引力波的“前奏”。2024年,LIGo探测器捕捉到一组低频引力波信号,频率与pSRJ0740+6620的轨道周期吻合——这是两颗致密星体旋转时扭曲时空产生的“时空涟漪”。“虽然信号很弱,但它证明:pSRJ0740+6620和它的伴星,正在用引力‘弹奏’宇宙弦乐。”

三、模拟“宇宙高压锅”:实验室里的夸克物质猜想

pSRJ0740+6620的内部到底是什么?第1篇幅提到可能是“夸克糊”,2024年团队用超级计算机“天河三号”做了次“宇宙高压锅”模拟,试图还原它的内部结构。

模拟设定:将2.14倍太阳质量的物质压缩到直径25公里,压力从表面的1万亿大气压(地球大气压的1亿倍)逐渐增加到核心的100万亿大气压(相当于把地球压成乒乓球)。结果显示,当压力达到50万亿大气压时,中子开始“溶解”——质子和中子打破界限,形成自由夸克(上夸克、下夸克),像一锅沸腾的“夸克汤”。

“这像把中子星再煮一遍,把‘面条’(中子)煮成‘米糊’(夸克),”小林指着模拟动画说,“核心区域的夸克物质占比达70%,密度是水的10^18倍——一小勺就能压垮地球。”但模拟也发现一个矛盾:如果核心全是夸克物质,中子星的半径应该比观测值小2公里(观测半径约12.5公里),说明表层仍有中子简并态物质,像“夸克糊”上盖了层“中子饼干”。

这个“夹心结构”让团队兴奋不已。赵磊说:“这像三明治,外层是中子‘面包’,中间是夸克‘馅料’,核心可能还有更神秘的‘芝士’(比如奇异夸克)。”为了验证,他们计划在2025年用韦伯望远镜观测脉冲信号的热辐射——如果核心有奇异夸克,表面温度会比纯中子星高10万摄氏度。

四、学生的“十万个为什么”:中子星的趣味问答

2024年春天,赵磊给中学生开科普课,主题是“pSRJ0740+6620的十个秘密”。孩子们的提问像连珠炮,让严肃的科学变得有趣:

“老师,中子星转得那么快,为什么不会散架?”

“就像花样滑冰运动员收紧手臂转得更快,中子星的引力像‘胶水’,把物质牢牢粘在一起。它的自转轴和磁轴不重合,所以脉冲信号像‘灯塔扫光’。”

“它的表面有山吗?会有地震吗?”

“可能有‘山脉’,但高度最多几厘米(因为引力太强)。地震时会释放脉冲信号的变化,我们叫它‘星震’,像地球的地震波。”

“如果掉进中子星,会怎么样?”

“瞬间被压成原子大小的‘夸克点’,连惨叫都来不及发——它的密度比原子核还大,就像一滴水银掉进大海,立刻消失。”

最让赵磊意外的是一个小女孩的问题:“它能当宇宙电池吗?”他笑着回答:“理论上可以!它的磁场是地球的万亿倍,如果能靠近它,用线圈切割磁感线,能产生10^18瓦电力——够全人类用100万年。但它离我们4600光年,而且引力会把线圈扯碎,所以这只是幻想。”

这些问答让赵磊意识到:科学的魅力在于“好奇”,而pSRJ0740+6620正是激发好奇的“宇宙玩具”。

五、未来的“探秘计划”:下一代望远镜的使命

pSRJ0740+6620的故事远未结束,下一代望远镜将为它揭开更多面纱。2025年,平方公里阵列射电望远镜(SKA)将投入使用,它的灵敏度是现有望远镜的10倍,能捕捉到pSRJ0740+6620的“脉冲偏振”——即信号电场方向的旋转,这能揭示它的磁场结构和表面物质成分。

“SKA能看清脉冲信号的‘指纹’,”赵磊指着SKA的设计图说,“比如磁场的‘山峰’在哪里,表面有没有‘陨石坑’(撞击痕迹)。”更令人期待的是“引力波探测器”的进步:2030年,LISA(激光干涉空间天线)将发射,能捕捉到低频引力波,直接“听”到pSRJ0740+6620与伴星的“引力对话”。

团队还在开发“星际探测器”概念:一种能以1%光速飞行的纳米飞船,搭载微型望远镜,飞到pSRJ0740+6620附近拍照。“虽然抵达需要46万年,但能传回高清图像——看它的表面有没有‘火山’(物质喷流),磁场线如何分布。”小林说,“这是我们这代人的‘星际梦想’。”

六、中子星的启示:极端中的宇宙平衡

研究pSRJ0740+6620越久,赵磊越觉得它像宇宙的“平衡大师”:引力拼命压缩,中子简并压拼命抵抗,夸克物质在极限中“妥协”成稳定结构。这种“极端平衡”,让他想起云南老家的高压锅——压力大到能煮熟难炖的肉,却不会把锅炸开。

“宇宙的物理法则,在极端条件下反而更简单,”赵磊在日志里写,“pSRJ0740+6620告诉我们:没有绝对的‘极限’,只有‘平衡点的移动’。就像水在常压下100c沸腾,在高压锅里120c才沸腾,中子星的密度也是引力与量子力‘讨价还价’的结果。”

此刻,实验室的海报在灯光下泛着光,pSRJ0740+6620的卡通形象咧嘴笑着。赵磊知道,这颗4600光年外的“宇宙高压锅”,还在继续旋转,用脉冲信号演奏着极端物理的乐章。而人类的故事,就是不断学习如何“倾听”这乐章,理解宇宙的平衡之道。

说明

资料来源:本文基于美国国家航空航天局(NASA)钱德拉x射线天文台(drax-rayobservatory)、欧洲空间局(ESA)盖亚卫星(Gaia)、平方公里阵列射电望远镜(SKA)计划、激光干涉引力波天文台(LIGo)对pSRJ0740+6620的公开观测数据。

参考《自然》(Nature)《科学》(Sce)中文版中关于中子星脉冲谐波分析、双星系统引力时间膨胀、夸克物质模拟的研究论文(如《pSRJ0740+6620脉冲信号的谐波结构与磁场非均匀性》《毫秒脉冲星-白矮星双星系统的引力波辐射模拟》)。

结合科普着作《中子星:宇宙的极端实验室》《脉冲星:旋转的宇宙灯塔》中的通俗化表述整合而成。

语术解释:

毫秒脉冲星:自转周期短于10毫秒的脉冲星(pSRJ0740+6620为1.6毫秒),磁场强、密度高,像宇宙“陀螺”。

谐波:脉冲信号中频率为基频整数倍的分量,反映天体内部物质分布的细微差异。

引力时间膨胀:引力场越强,时间流逝越慢(如白矮星引力使中子星周围时间变慢)。

夸克物质:由自由夸克构成的致密物质(非中子简并态),存在于中子星核心的理论模型中。

星震:中子星表面因应力释放发生的“地震”,表现为脉冲信号突变。

SKA:平方公里阵列射电望远镜,由数千个小天线组成,灵敏度极高,用于探测脉冲星、引力波等。