脉冲星又被称为“死亡之星”，诞生于超新星爆炸中恒星崩溃的核心，这些紧凑的球形物体所拥有的质量比太阳还要大，它们就像是宇宙空间里处于极端状态的神秘成员。当我们从地球上观察这些脉冲星的时候，它们会发出断断续续的光芒，然而，看似有节奏的闪烁背后，并不意味着脉冲星所发出的光有脉动变化，反而是以两束稳定的窄光束从相反的方向辐射。那么，此类现象与脉冲星特殊的星体特征存在着怎样的关联？科学家们又如何通过脉冲星的确认，以揭示其周围的世界和更广阔的宇宙空间？
脉冲星具有代表性的特殊星体特征
首先，脉冲星最具代表性的第一个特征，便是其超快的旋转速度。我们都知道，恒星都有旋转的基本特性，而当这些恒星的物质坍塌之后，旋转物体的中心因为质量的靠近，便自然而然地使得这些脉冲星的旋转速率变得更快。而那些每秒可达到数百次旋转的脉冲星，则被称为毫秒脉冲星，科学家表示，此类脉冲星一定是通过从其他星体上窃取能量，才能形成如此快的运行速度。与此同时，在这个积聚能量的过程中，该脉冲星很可能会吞噬自己的伴星，这也侧面表明了，为什么科学家们并没有在毫秒脉冲星的附近区域，找到任何一颗可见伴星存在于该环境之中。
而脉冲星和一般中子星最大的区别之一，也是它具有相对更快的旋转速率，尽管它们都是爆炸事件发生之后遗留的稠密物质块儿。从旋转速度这个角度来说，脉冲速率是脉冲星旋转速率的最佳体现，最快的脉冲星可达到每秒数百次，而我们所看到的闪烁现象也是因为它的旋转特性所引起。旋转的脉冲星光速在扫过地球的瞬间，又会在移除视野之后再次向后摆动，视野中进出的光线给予了我们脉冲星在闪烁的错觉。就像海上的水手看到的灯塔光亮似乎会闪烁一样，灯塔的光速没有与灯塔的旋转轴对齐，正如脉冲星的光速未与脉冲星的旋转轴对齐一样，因而呈现出了光束在发生变化的现象。
由于脉冲星拥有周期性的地外辐射源，科学家们一般可以利用无线电发射的短脉冲串来进行检测，而这种仅在电磁频谱的无线电区域中可见的脉冲星类型，则被称为无线电脉冲星。当然，脉冲星本身也具有多样性，它所发出的波长并只有无线电波这一种形式，在这个群体中的一部分脉冲星，也会以光波长、伽马射线波长，以及X射线波长的形式发射。无线电脉冲星通常都被高度磁化，光辐射的光束和快速旋转的中子星产生了脉冲发射，研究人员可以通过他们的色散度量，即脉冲星与我们之间的自由电子数来估算年龄。当然，脉冲星所发出的能量并不会持续不变，而它的旋转频率也会因为能量的减少而变得更慢，直至其辐射最终停止。
而X射线脉冲星则由于磁层发射、或同伴的物质被积聚而发出规律性的X射线，但 X射线需要通过强磁场的吸力来驱动，磁场又会因为电离物质的存在而对脉冲星施加减速扭矩，因而该类脉冲星所发出的脉冲相对更加缓慢。并且，就X射线脉冲星这个类别而言还可以继续细分为两种，它们分别是高质量的X射线双星（HMXB）和低质量X射线双星（LMXB），前者一般会通过庞大的伴星所产生的强恒星风获取动力，而后者则一般通过小于脉冲星的恒星进行质量传递，轨道的扩大也延长了此类脉冲星的寿命。而伽马射线脉冲星则非常罕见，它们中的大多数都是年轻的中子星，且具有非常强大的磁场，在近100 MeV的伽马射线波长下，此类脉冲星会是天空中最强的点源。
脉冲星的行为和宇宙演变有关
众所周知，科学家们是在超新星坍缩之后的残骸中发现的脉冲星，因而，它的确认对于我们了解星体发生坍塌的整个过程都会有所助益。并且，随着时间的递进，脉冲星表现出的行为也会发生各种各样的变化，并不是每一颗脉冲星的周期都会表现得恒定不变，科学家们可以通过它来寻找宇宙演变过程中那些不为人知的内容。事实上，脉冲星不只是宇宙物质的一种极端形态，更是研究宇宙中存在的广泛现象的绝佳工具。从它们身上发出的光，不仅能揭示其内部正在发生的事情，更会携带其周围存在物体的一些重要信息。对于测量宇宙距离、寻找系外行星、寻找引力波，以及研究高能宇宙事件和物质的极端状态而言，脉冲星都具有特别重要的作用。
脉冲星就像是宇宙世界中最精确的自然时钟，研究人员可以通过它闪烁行为的变化，以了解到附近区域内所发生的事情，这也是为什么我们能够通过它发现其周围运行的系外行星。比如，人类在太阳系之外探索到的第一颗系外行星，便正围绕着一颗脉冲星运行。而脉冲星的移动和固定时间里的闪烁次数，则暗示了在其位置发生改变之后，要到达地球需要多少光，因而，它的这一特性又可以帮助我们计算宇宙距离。与此同时，它的定时特征很可能会受到来自引力波的干扰，而现阶段的许多寻找引力波的实验，便是通过寻找脉冲星的方式，比如，于2016年2月被首次探测到的时空波动。简而言之，脉冲星旋转时的沉降速度，决定了它可以被广泛的应用于这些类型的天文研究之中。
就本质而言，科学家们所探测到的信息，其实是中子星的旋转能，而中子星所具备的这种旋转能，又会在脉冲星发射电磁辐射之后一次次减弱。年复一年，科学家们就在这样漫长的时间里，通过对其旋转周期的测量，准确地推断出它的旋转的速率，在过去的时间里降低了多少。在该脉冲星的演变过程中，我们不仅可以知道已经损失了多少能量，甚至还可以根据其现有的旋转速率，推断出该星体剩余的生命周期还有多长。事实上，几乎每一颗脉冲星都拥有与众不同的特质，有的会发生星震，有的会具有极高的亮度，有的拥有自己的伴星，有的具有不同寻常的旋转速率。但是，不管它们所拥有的特质是哪一种，关于脉冲星的每一个新发现，都会为我们提供许多弥足珍贵的信息，而我们的科学家们，就可以利用从它们身上获取到的信息，更好地了解这个充满未知的宇宙空间。
作者：文/虞子期
