章節6
中子星的構造
脈衝星自轉除了逐漸的減慢之外，至少在一部分脈衝星中還觀察到突然性的加快。例如：1969年9月在那顆船帆座脈衝星中發現的，它的自轉頻率突然增大了1％。對於周期準確性達到10億分之一以上的脈衝星，這個變化可以算是一場軒然大波了，此變化好比是給急轉的陀螺加了一鞭似的，使它突然加快了許多。它是怎麼發生的呢?有一種意見認為，這是“星震”造成的，星震就是中子星的外殼發生突然的斷裂和變形。計算表明，船帆座脈衝星的直徑隻要改變1厘米，就足以造成觀測到的頻率增大現象。正像地震波的探測可以告訴我們地球內部的情報一樣，這種星震造成的轉動加速也能告訴我們許多中子星內部的狀況。
自從脈衝星發現以後，引起了一些固體物理學家的興趣。因為中子星物質是恒星核燃燒以後剩下的“爐渣”，隻能靠原來留下的餘熱打發日子，它們的性質同接近絕對零度的普通物質很相似，有許多奇異的性質。
根據理論的計算，這個奇異世界的最外層是鐵殼。鐵殼的密度還不十分大，所以電子還沒有脫離原子。由這種鐵元素及其他一些元素組成的物質是一種晶體。有人認為，這種晶體的剛性比鋼大1018倍，抗壓縮性比鋼大1020倍，導電性比銅好105倍。再往深處，由於密度越來越大，電子被壓到核內，與質子結合而成中子。一定深度以下，電子和質子全部消失了，剩下的隻有一片中子的海洋。“中子海”是中子星的主體部分，密度為1015克／厘米3。有趣的是，這樣高密度的物質卻能像處在接近絕對零度的液態氦一樣，表現出超流動性，至於在更深處，中子也許會形成固態的品格，在核心甚至可能是超中子構成的物質。
用上述模型來說明星震現象是很成功的。例如：以蟹狀星雲脈衝星為例，由於它十分年輕，其核心區還沒有形成固態中子品格，可以認為是一種雞蛋一樣的構造，外邊——層硬殼，內部是流體。高速自轉使它成為一個扁球，隨著轉速的減慢，它的扁的程度會減小，到一定程度使外殼破裂，調整為更接近球形，這時便出現自轉突然加速現象。外部的加速轉動通過流體慢慢向內傳遞，使內部也加快轉動。角動量的傳遞速度同星內的流體性質有關，如果是普通的流體，則傳得很快；如果是超流體，由於它幾乎沒有粘滯性，角動量傳遞很慢。觀察脈衝星突然加快以後的恢複過程，發現同超流體的傳遞速度相符。在蟹狀星雲脈衝星這種情況下，外殼隻要收縮10微米，就能說明它的周期變化了。船帆座脈衝星年齡較大，它的核心部分會形成固態中子品格，成為典型的中子星結構，這樣的模型同樣能圓滿地解釋它的周期變化現象。
我們看到，中子星的超密態為我們提供了多麼特殊的環境：強大的磁場、巨大的壓力、高速的轉動，這一切都是地球上無法實現的，甚至也是不久以前所不敢想象的。可以毫不誇張地說，中子星是一個宇宙的天然實驗室，它為各個領域的物理學家提供了地球上所沒有的從事科學實驗的極端條件。超新星
天空裏出現了極為罕見的景象，一顆明亮無比的星星突然出現於眾星之中。在它麵前，著名的天狼星變得暗淡無光，明亮的金星也不能與之匹敵，甚至太陽的光輝也不能把它壓倒。在白晝的天空裏它依然光芒四射，持續23天，舉世矚目，蔚為壯觀。
這是怎麼一回事呢?是新星爆發嗎?不!它是一顆比新星亮得多的星，我們叫它“超新星”。
“嘉祐元年三月，司天監言：‘客星沒，客去之兆也’。初，至和元年五月晨出東方，守天關。晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日。”這是我國宋朝《宋會要》中關於這一前所未見的天象的記錄。它如實地反映了公元1054年超新星爆發的實況，是一份極有科學價值的曆史記載。“客星沒，客去之兆也。”經過兩年時間，客人才走了，看不見了。
光陰似箭，一個世紀接著一個世紀過去了。除了留在厚厚的史書中的一些記載之外，人們早已把它忘記了。
望遠鏡發明之後，人們用它在天空裏發現了許多雲霧狀的“星雲”。其中有一個麵貌不凡的星雲，就在上述史書記載的那個位置(金牛座)上。從望遠鏡中看，在暗藍色的天空裏，它像一個威武地揮舞一對大鉗的螃蟹，因此人們就叫它為“蟹狀星雲”。由於它那奇特的外形，惹得人們頻頻地給它留影。本世紀初有人測量了這些相隔多年的照片之後，發現這隻螃蟹居然在逐年長大，它的角直徑達到了180″，有月亮角直徑的1／10那麼大。測量結果告訴我們：星雲正在不停地向外膨脹，膨脹速度極快，每秒為1300千米，它的角直徑每年平均要長大021″。如果它過去一直以這個速度膨脹著，由此可以反推出它是哪一年爆發的，180″021″/年＝860年。這就是說，這事情是發生在860年前，也即1054年。那麼，這不正是我國曆史上記載的那位不速之客光臨的年代97直到這時，人們才又想起了那早已忘記了的史實。於是，蟹狀星雲——超新星，這兩者靠了曆史的資料而緊緊地聯係起來了，毫無疑問，蟹狀星雲正是1054年超新星爆發所留下的餘跡。