尋找宇宙中的“燈塔”

在茫茫宇宙中，有這樣一種天體，它們會周期性地發射出脈沖信號，這些信號在宇宙中持續而穩定地傳播，在一定條件下能夠被地球上的射電望遠鏡接收到。這種天體就是脈沖星，又被稱為“宇宙中的燈塔”。

脈沖星是一種高度磁化的旋轉致密星，通常為中子星，也有白矮星。當恒星中的核聚變物質耗盡之后，恒星無法再產生抵抗引力的強大能量，所以會向核心區域坍塌。質量小的恒星，坍塌后成為白矮星；質量中等的恒星，坍塌后成為中子星；質量巨大的恒星，坍塌后可能成為黑洞。

脈沖星能夠產生脈沖信號，主要是由它自身的特性決定的。由于脈沖星質量大，半徑小，坍塌時角動量守恒，所以它的自轉速度極快，有的每秒可轉數十到數百次，最短自轉周期約為0.0014秒。它的磁場極強，通常是普通恒星磁場的數十萬到數百萬倍。脈沖星磁場的方向和自轉軸并不重合，存在一定的夾角。高速自轉與強磁場的相互作用，會在脈沖星的磁極方向產生強大的電場。這個電場能將帶電粒子加速到極高的速度，然后將這些高速帶電粒子沿著磁力線方向拋射出去，就像燈塔發射光束一樣。這些粒子束周期性地掃過地球方向，呈現出周期性的脈沖信號。

人類第一次接收到脈沖星發出的信號是在1967年。英國的天文學家在檢測射電望遠鏡的信號時，注意到非常有規律的脈沖信號。最初，他們猜測這可能是外星文明發出的信號，經過研究后，他們確認它來自一種新型天體，于是將這種天體命名為“脈沖星”。

被稱為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡，歷經選址、立項等前期準備，2011年在貴州省平塘縣破土動工，2016年開始調試運行。它是當今世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，反射面板總面積約30個標準足球場，不受氣象因素的影響，可以全天候進行觀測，甚至能夠接收到百億光年以外的電磁信號。2017年8月，“中國天眼”通過漂移掃描的方法，第一次發現了脈沖星。2020年1月，“中國天眼”正式開放運行后，我國的天文觀測喜訊頻傳。截至2024年11月26日，中國天眼發現脈沖星的數量已突破1 000顆，超過同一時期國際其他射電望遠鏡發現脈沖星數量的總和，其中包括大量的毫秒脈沖星、脈沖星雙星，以及迄今為止全球發現的唯一持續活躍的快速射電暴。

大質量的恒星在宇宙中并不罕見，僅銀河系中就有數十億顆恒星，其中有相當一部分是大質量恒星，它們在死亡之后都有可能形成脈沖星。脈沖星處于強引力環境，通過觀測其軌道變化，能對愛因斯坦的廣義相對論進行高精度的驗證，幫助科學家研究引力的本質，如果能發現一些奇異的脈沖星，甚至可能顛覆人類對經典物理的認知。脈沖星的密度超高，一茶匙的脈沖星物質比整座珠穆朗瑪峰還重，觀測脈沖星可以讓人類研究極端條件下物質的狀態，這有助于探索物質結構和基本物理規律；精確測量一定數量脈沖星的位置，就可以構建“宇宙坐標系”，為未來的星際旅行提供導航支持；脈沖星信號在傳播過程中會與星際介質相互作用，人類分析脈沖到達時間和頻率的變化，能夠研究星際介質的性質。

正如中國的天文學家所說，宇宙的豐富多彩從不讓觀測者失望。相信隨著觀測的深入，人類將發現“宇宙燈塔”的更多奧秘。