寻找宇宙中的“灯塔”

在茫茫宇宙中，有这样一种天体，它们会周期性地发射出脉冲信号，这些信号在宇宙中持续而稳定地传播，在一定条件下能够被地球上的射电望远镜接收到。这种天体就是脉冲星，又被称为“宇宙中的灯塔”。

脉冲星是一种高度磁化的旋转致密星，通常为中子星，也有白矮星。当恒星中的核聚变物质耗尽之后，恒星无法再产生抵抗引力的强大能量，所以会向核心区域坍塌。质量小的恒星，坍塌后成为白矮星；质量中等的恒星，坍塌后成为中子星；质量巨大的恒星，坍塌后可能成为黑洞。

脉冲星能够产生脉冲信号，主要是由它自身的特性决定的。由于脉冲星质量大，半径小，坍塌时角动量守恒，所以它的自转速度极快，有的每秒可转数十到数百次，最短自转周期约为0.0014秒。它的磁场极强，通常是普通恒星磁场的数十万到数百万倍。脉冲星磁场的方向和自转轴并不重合，存在一定的夹角。高速自转与强磁场的相互作用，会在脉冲星的磁极方向产生强大的电场。这个电场能将带电粒子加速到极高的速度，然后将这些高速带电粒子沿着磁力线方向抛射出去，就像灯塔发射光束一样。这些粒子束周期性地扫过地球方向，呈现出周期性的脉冲信号。

人类第一次接收到脉冲星发出的信号是在1967年。英国的天文学家在检测射电望远镜的信号时，注意到非常有规律的脉冲信号。最初，他们猜测这可能是外星文明发出的信号，经过研究后，他们确认它来自一种新型天体，于是将这种天体命名为“脉冲星”。

被称为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜，历经选址、立项等前期准备，2011年在贵州省平塘县破土动工，2016年开始调试运行。它是当今世界上最大单口径、最灵敏的射电望远镜，反射面板总面积约30个标准足球场，不受气象因素的影响，可以全天候进行观测，甚至能够接收到百亿光年以外的电磁信号。2017年8月，“中国天眼”通过漂移扫描的方法，第一次发现了脉冲星。2020年1月，“中国天眼”正式开放运行后，我国的天文观测喜讯频传。截至2024年11月26日，中国天眼发现脉冲星的数量已突破1 000颗，超过同一时期国际其他射电望远镜发现脉冲星数量的总和，其中包括大量的毫秒脉冲星、脉冲星双星，以及迄今为止全球发现的唯一持续活跃的快速射电暴。

大质量的恒星在宇宙中并不罕见，仅银河系中就有数十亿颗恒星，其中有相当一部分是大质量恒星，它们在死亡之后都有可能形成脉冲星。脉冲星处于强引力环境，通过观测其轨道变化，能对爱因斯坦的广义相对论进行高精度的验证，帮助科学家研究引力的本质，如果能发现一些奇异的脉冲星，甚至可能颠覆人类对经典物理的认知。脉冲星的密度超高，一茶匙的脉冲星物质比整座珠穆朗玛峰还重，观测脉冲星可以让人类研究极端条件下物质的状态，这有助于探索物质结构和基本物理规律；精确测量一定数量脉冲星的位置，就可以构建“宇宙坐标系”，为未来的星际旅行提供导航支持；脉冲星信号在传播过程中会与星际介质相互作用，人类分析脉冲到达时间和频率的变化，能够研究星际介质的性质。

正如中国的天文学家所说，宇宙的丰富多彩从不让观测者失望。相信随着观测的深入，人类将发现“宇宙灯塔”的更多奥秘。