中子星——极度致密的星体残骸——将有助于天文学家了解脉冲星和爆体等神秘天象。

天将破晓，朝廷天文官杨惟德目睹在东方地平线上升起一颗光辉夺目的物象，亮度远远超出金星，而且比他见过的任何一颗星也都更加光亮。这位熟谙天象的中国天文官立刻意识到当夜金牛座里定有异常变故。据官方记载，这一天乃是“（北宋）至和元年五月己丑日”，即公元1054年7月4日。

时至今日，人们确知，杨惟德当时实际上目睹了一颗中子星的诞生。天文学家们现正借助于许多这样的中子星去探究某些极其神秘莫测的天体。

杨惟德当时曾翔实记录了他对这次异常事件的观察和看法：

“谨启奏：我观察到一颗客星，其星微带彩色。我谨遵钦命预卜，知该星不犯毕宿（金牛座中的一颗明星）……主国运昌隆。乞将此卜辞交国史馆备查。”“伏覩客星出现，其星小，微有光彩，黄色。谨案皇帝掌握，占云：‘客星不犯毕，明盛者，主国有大贤。’乞付史馆，容百官称贺。”见《宋会要》卷五十二——译注）

杨氏见到的客星十分明亮，在7月中其余的日子里，即使在大白天它仍然举目可见。但在一年之后，“客星逐渐隐没不见了”。这次天象的位置，杨氏及其同僚记载得十分精确：“客星出现在天关东南几英寸处。”（“客星……出天关东南，可数寸，岁余稍没。”见《宋史》卷五十六——译注）。

我们若转动望远镜对准金牛座中的这个位置，就可发现美丽的蟹状星云。如今，天文学家断言，蟹状星云是一颗超新星的遗迹，亦即一颗恒星经猛烈爆炸后碎裂的残骸。这颗超新星的爆炸发生于杨氏观测时六千年之前，当时发出的光竟花费如此漫长的岁月才到达了地球！蟹状星云的现有直径为10光年。九个世纪以来，杨氏客星的气体已经有了大幅度的膨胀。

当我们观测蟹状星云一类超新星遗迹时，我们仅能见到那颗业已消亡的恒星爆入太空中的外层。据天文学家们推测，爆剩的中心核有可能坍缩为中子星。这种十分致密的星体残骸，一般说来，含有的物质与太阳相等，但这颗球体的直径仅为二十英里。

这种收缩过程来自星体的强大引力。这种引力把带负电荷的电子挤入带正电的质子内部，从而形成了不带电的中子，倘若把一茶匙这种富含中子的致密物质带到地球上，其重量将达一亿吨！约相当于目前生活在地球上四十亿人口总的体重量。

五十年前，有人首次提出中子星这一概念，当时，天文学家们大多报以冷眼，嘲之为十足的科学幻想。一颗质量与太阳相同的星体居然会逐渐塌缩到像旧金山或曼哈顿那样的大小，说来岂不荒唐！但是，自从能够探测无线电波、X射线、紫外及红外光的望远镜问世以来，我们的视野已能深入到目不可见的宇宙云中，开始观测原先无法想象的天体了。

1968年，在蟹状星云中心位置上发现了一颗脉冲星，这才确认了一颗真正的中子星。射电天文学家于1967年末首次发现的脉冲星，就是能够发出无线电波脉冲的天体。典型的脉冲星大约每秒钟发出—次信号。围绕着这类天体，当时众说纷纭，争议一直持续到蟹状星云脉冲星的发现。这颗脉冲星是其时已知的脉动最快即每秒发出30次信号的脉冲星之一。天文学家们由此推断，只有像中子星那样小，并能快速自转的天体才会产生他们测得的无线电波声速射信号。

已知动速最大的脉冲星——每秒间射电闪光讯号高达642次——是在1982年秋由一组天文学家用1000英尺射电望远镜在波多黎哥Arecibo天文台发现的。按狐狸座中这颗星体的坐标，这颗脉冲星经定名为1937+215。既然脉冲星是快速旋转的中子星，那么1937+215虽然会受到强大离心力的应力作用。有两颗动速占第二位的脉冲星（金牛座蟹状星云和位于南天的船帆座脉冲星）在发射电波脉冲的同时，还能发出可视闪光。因此，全世界的天文学家现正协力探测发自1937+215的可见闪光。但惜乎自今年一月以来，狐狸座一直过于邻近太阳，无法进行光学观测，为此，有关天文学家现正急切地期待着下一个春天。

多数人的一致意见是，脉冲星是一颗带有强大磁场、快速旋转的中子星。其基本效应，简而言之，犹如灯塔信标或警车灯闪光。在中子星南北两个磁极近处流动的带电粒子（质子和电子）会产生辐射，使中子星发出两道像探照灯强光那样的强烈辐射柱。一道辐射柱来自北磁极，另一道来自南磁极，与中子星转轴形成一个夹角。当中子星旋转时，两道辐射柱掠过天际。假若此时地球恰好位于其中一道辐射柱的方向上，就可测得一次辐射脉冲了。

令人困惑的脉冲星

1971年，另一些脉冲星的发现曾引起人们极大的兴趣。那时，美国“国家航空和宇航局”（NASA）发射了一颗“乌呼鲁”X射线探测卫星（Uhuru是斯瓦西里语，意为“自由”，因纪念它从肯尼亚海岸发射而得名——译注）。这一组X射线天文学家由此探测到不同天体发出的X射线快速脉冲。一个显著的例证就是Hercules这名称是指在武仙座中发现的第一个X射线源）。它每1.24秒发出一次X射线脉冲。它和其余一些脉动的X射线源的周期都类似于普通的脉冲星，为此天文学家们假定，他们这次发现了一些快速旋转的脉冲星了。

可是，显而易见，Hercules X-1这种星体却不是蟹状星云脉冲星那一类的普通脉冲星。许多这类的脉冲星都有周期性的显隐现象。Hercules X-1每1.7天要掩食6个小时。对此，天文学家们很快便作出了解释：即脉动的X射线脉冲星都属于双星系统。

说也奇怪，我们在夜空中看到的星星约有半数都是双星。两颗星相互绕转的双星系统令人难以置信地普遍存在于太空之中，这种双星的运行轨道若和我们的视线恰好处在同一平面时，那么，当两者交替挡没时，我们就看到了掩食。

据天文学家们的推理，Hercules X-1的情况就是如此。这颗中子星环绕其普通伴星运行一周需时1.7天。每绕转一周，就有六个小时被普通伴星掩食掉，在这期间，就探测不到X射线脉冲了。这一推理由于在这个X射线源位置上发现了一颗奇异的星HZ Herculis而得到了证实（HZ Herculis指Hercules的HZ号星）。这颗星以1.7天的周期有规律地变明变暗，看来它恰似有一个热面和一个凉面，向地球上的观测者交替显示。结果表明，HZ Herculis是一颗普通伴星，周围有一颗发射X射线的微小中子星在环绕它运行。

就像HZ Herculis-Hercules X-1双星系统那样，所有脉动的X射线源的运行周期都极短。这说明中子星与伴星间的距离很小。实际上，中子星运行时几乎是擦过伴星的表面的。在这个十分有利的位置上，中子星就易于捕获普通星体外层逸出的气体了。

掌握了这些细节，天文学家就能对发生在Hercules X-1一类星体周围的情况为我们描绘出一幅十分壮观的图景了。和普通的脉冲星一样，在脉动的X射线源中，这类中子星也在快速旋转，并具有一个强磁场。由于中子星的强大引力，它极易吸积其伴星逸出的大量气体。而当这些气体落向中子星时，磁场就把这些落入的气体汇集进中子星的南北两个磁极上。

这类星体的引力是如此强烈，使气体在冲向中子星表面时，运动速度可达光速的二分之一。如此剧烈的冲击力在两极上形成了炽热点，温度高达一亿度。结果，这两个炽热点就发出大量的X射电流。事实上，在中子星磁极周围数平方英里范围内，释出的能量相当于100，000个太阳！（一个太阳的能量等于3.9×10³³尔格/秒）在中子星旋转时，从两个热极发出的X射线束将横扫太空。当其越过地球时，就可测得一个脉动的X射线源。

在这一基本图景中，尚有一些饶有兴味的细节。首先，中子星的X射线会烤热其伴星向它裸露的半个球面。这样，伴星的一面炽热明亮，另一面阴凉暗淡，这就是HZ Herculis的亮度呈周期性变化的原因。随着双星系的旋转，这两个半球就交替着转向地球上的观测者。

其次，中子星吸积的气体，一旦进入其周围的运行轨道，会形成一个所谓堆积盘（accretion disk）。

在Hercules X-1这样普通的脉动X射线源中，落入中子星的气体量比例并不很高。它从堆积盘内缘下落时，比例之低足以让X射线由此逸出。但若伴星一下子向中子星倾入大量气体，那么，形成的能量就不易逸出了。

相反，拥向中子星的这些气体会形成极其巨大的压力。这种压力在不断迂回流入气体的堆积盘平面上会遭到强大阻抗，而阻力最小的则是与堆积盘平面成直角的一条通道。到末了，中子星周围的压力会由于沿此轴线向外喷射物质而得到缓解；在某些情况下，会形成两束强大的高速热气流。这一原理看来适足以解释那颗叫做SS433的奇异星体。

1978年秋，玛根（Bruce Margon）及其同事在加州大学旧金山分部（UCLA）开始对SS433细心观测。这颗星是前一年斯蒂芬森（C. Bruce Stephenson）和桑多里克（Nicholas Sanduleak）公布的一张异常星体表上的第433颗星。起初，天文学家们完全对这颗奇星感到迷惑不解。它所发出的光表明其有高速气流同时流向我们又移离我们。说起来，SS433像是在同一时间里又来又去的哩。

这个谜团其后为两位英国天体物理学家费边（Andrew Fabian）和里斯（Martin Rees）解开了。他们设想，SS433以相反方向喷射气体，一股向着我们来，另一股则背着我们去。天文学家们现在大致同意上述解释。据玛根的观测表明，喷射的气体速度惊人，高达每小时一 亿七千万英里——即光速的四分之一。

许多不寻常的星系和神秘的类星体看来与SS433极为相似——从中心体朝相反方向延伸出两条尾光——只是其规模比它还要大得多。很不幸，这些类星体和星系与我们相距竟是难以想象的远，从而难以进行研究。在此后几年中，SS433的现实意义在于，它将使我们有可能对我们这个银河系中某一颗微型类星体似的天体进行研究。

双星系内中子星的概念也可用以解释太空中另一类天体之谜。1975年秋，天文学家们通过对X射线卫星所得数据的分析，发现卫星仪器曾探测到太空中某些天体意外猝发的强大X射线。每个射线源一般连续发出低级位X射线，可突然，射线级会出其不意地急剧升高，其后又逐渐低落，通常，这种猝发时间仅持续20秒钟。在如此短促的时间内，猝发星体突然喷射的能量一次就等于太阳两周内产生的总能量。迄今已发现了好几打这样的“爆体”（burster）。

爆体的诞生

所谓爆体就是从其普通伴星吸积气体的中子星。其所吸积的气体大部分是氢，而且，由于这类星体可能仅有一个弱磁场或者全无磁场，气体便会均匀地沉积在星体表面。中子星的强大引力会使沉积的氢作连续的高速运行，这种对星体整个表面连续不断的剧烈冲击能使爆体释出稳定而相对说来级位较低的X射线流。

用任何一种人类的普通标准进行衡量，中子星的引力强度都是简直无法想象的。这种强大引力能将刚刚沉积的气体紧紧吸附到星体表面，使氢产生核裂变而成为氦。这是一种称为“氢燃烧”的热核反应，这与太阳中心和氢弹产生的反应相同。换言之，整个中子星都处在热核聚变之中，这有似于在中子星表面每一个平方英寸上都有使不完的氢弹在连续爆炸。

说来虽极惊人，可氢燃烧却与X射线的猝爆全不相干。要了解爆体发出的X射线的猝然爆发，主要要懂得氮是氢燃烧之后的“灰烬”。因此，中子星的表面会积附起一层层这样的氦。最终，当氦层厚度增至一码左右时，由于向星体中心挤压的压强和密度极高、氦便开始燃烧。但这种燃烧却不同于氢燃烧，它是猝发并带有爆炸性的。星体表面温度可由二百万度猛增至三千万度。在不到20秒的时间内，整个氦层可在这场大火中消耗干净。燃烧过程中发出的强光，其亮度好比100，000个太阳！在地球上的X射线天文学家们探测到的猝爆现象就是这类“浩劫”的产物。

近二十年前，人们还只勉强承认中子星的存在，仅仅因为它能对脉冲星提供唯一合理的解释。可是，时至今日，人们发现双星系内的中子星也可用以解释宇宙中其它许多十分希奇古怪的天体。人们的视野已经深入到目不可见的宇宙之中，并将进而探索另一些难以想象的天体了。

[Science Digest，1983年3月号]