近日，中国科学院国家天文台召开FAST脉冲星科学研讨会，公布了“中国天眼”FAST发现脉冲星数量突破1000颗的消息。巧的是，就在57年前的今天（1967年11月28日），首颗脉冲星被发现，在天文界引起了轰动。让我们一起来了解脉冲星的有趣知识吧。
脉冲星示意图 图片来源：《北京日报》
脉冲星是如何被发现的？
脉冲星是大质量恒星死亡后的“遗骸”，具体来说是一种高速旋转的中子星。当一颗质量超过太阳8倍以上的恒星耗尽其核心燃料后，其物质会向核心坍缩，并引发猛烈的爆炸。在这场爆炸中，恒星的外层物质被抛向宇宙空间，而核心则可能坍缩成一个密度极高的天体，即中子星。
当中子星以极高的速度自转时，其强大的磁场会在磁极处产生巨大的电场，进而激发出射电波、X射线和伽马射线等。这些辐射以脉冲的形式从磁极处辐射出来，就形成了我们所观测到的脉冲信号。脉冲星因此得名。
脉冲星艺术想象图 图片来源: NASA
然而，这些脉冲信号最初被发现时，由于人们从未见过，曾一度被误认为是地外文明的杰作。具体来说，那是在1967年，科学家们记录到了一种具有极精确周期（约1.337秒）的脉冲式辐射射电源。由于当时无人知晓其来源，科学家们甚至用科幻小说中的“宇宙小绿人”来命名它，并试图破译它所呼叫的内容。
后来，经过进一步的研究和确认，科学家们才意识到这是一种新型天体——射电脉冲星。脉冲星的发现在天文学界引起了巨大的轰动，被誉为20世纪60年代天文学四大发现之一。
从那以后，人类对脉冲星的观测与研究从未止步，相关研究多次获得诺贝尔物理学奖，但脉冲星至今仍有众多未解之谜。
为什么要探测脉冲星？
在浩瀚的宇宙中，各种天体数不胜数，那么，脉冲星有哪些特殊之处？我们为什么要探测脉冲星呢？
这就要从脉冲星神奇的特性开始说起。首先，它的密度极高，方糖大小的体积就有上亿吨的质量；其次，它具有极强的磁场，表面磁场可达到人造最强磁场的百万倍；再者，它的自转周期通常非常精确和稳定，有一些每万亿年才会慢1秒；最后，它还具有极强的引力。这些特性使脉冲星成为研究极端条件下物理规律和众多天文前沿问题的“天然实验室”，让科学家们“开发”出了许多脉冲星的应用。
脉冲星的射电脉冲扫过地球 Michael Kramer制作
例如，将脉冲星作为探针，用来探测银河系中星际介质的分布和密度。脉冲星就像照亮银河的“手电筒”，因为在银河系大片大片的黑暗中，有一种名叫“星际介质”的气体，其中的电离气体能够对脉冲星信号造成显著影响。脉冲星发出的电磁信号会与银河系中的电离气体相互作用，造成信号延迟。科学家们通过测量这种延迟，可以反推出电离气体的密度，从而揭示出银河系中隐藏在黑暗中的星际介质的位置和密度分布。
同时，脉冲星还是让我们看清银河系磁场结构的有力工具。脉冲星发出的信号携带着偏振属性，当与磁场相遇时，偏振属性便会发生改变，而且磁场越强，改变的幅度越大。科学家们根据这种现象，可以确定银河系的磁场方向。
此外，脉冲星具有稳定的旋转周期，被称为“宇宙的灯塔”“天文学的时钟”。未来，脉冲星计时有望为星际航行提供精确的时间基准，为人类的太空探索之路铺平道路。
最后，脉冲星还有望成为探测引力波的利器。在相对论中，三维空间可类比为二维水面，石子投入水中产生的空间涟漪即引力波。脉冲星信号在平静水面上以固定时间到达，但受涟漪影响，到达时间会延迟。因此，通过测量脉冲星信号到达时间的变化，就可以探测到引力波的存在。
“中国天眼”的脉冲星探测之路
如果你对脉冲星充满好奇，想要在晴朗的夜晚仰望星空试图找到它们，那么你可能要失望了。因为脉冲星发出的脉冲信号主要集中在射电频率范围内，肉眼是无法直接观测到的，必须借助专业的射电望远镜。
在射电望远镜的发展历程中，有一个里程碑式的存在，那就是由我国自主研发的世界上最大的单口径射电望远镜——“中国天眼”FAST。2016年9月25日，FAST正式落成启用，从此开始了它的壮丽“观天之旅”。FAST的口径达到500米，接收面积相当于30个标准足球场大小，能够接收到来自百亿光年以外的电磁信号。它的启用让中国科技工作者在脉冲星探索方面成果频出。
“中国天眼”全景（维护保养期间无人机拍摄） 新华社记者 欧东衢 摄
2017年10月10日，“中国天眼”宣布发现6颗新脉冲星。这是中国首次利用自己独立研制的射电望远镜发现脉冲星，实现了“零的突破”。
2024年11月26日，“中国天眼”发现脉冲星数量突破1000颗，超过同一时期国际其他望远镜发现脉冲星数量的总和。
“中国天眼”发现脉冲星数量突破1000颗 图片来源：中国科学院国家天文台
从发现第一颗脉冲星到发现脉冲星数量破千，“中国天眼”仅仅用了7年多的时间，这一速度令人惊叹。
在FAST发现的这1000余颗脉冲星中，包括了大量毫秒脉冲星和脉冲星双星等珍稀类型，极大地丰富了人类对脉冲星的认识和了解。
同时，在探测脉冲星的过程中，相关科研团队还取得了一系列重要的科学发现。例如，测量了双中子星的质量并实现了高精度的引力论检验；发现了纳赫兹引力波存在的关键证据；首次测量了年轻脉冲星的三维速度等。这些发现不仅为我们揭示了更多宇宙的秘密，更为进一步打开探测宇宙的新窗口提供了可能。
在可预见的未来，“中国天眼”将继续推动中国天文学的发展，同时为国际天文界持续探索宇宙、尝试寻找未知事物带来更多新视角，贡献更多“中国智慧”。
参考资料：
1.新华社.极目星空 步履不停——“中国天眼”为世界天文提供“中国智慧”
2.“新华视点”公众号.“中国天眼”为什么要探测脉冲星？
3.“新华社”公众号.突破1000颗！
4.《光明日报》.“眨眼睛”的星星：探秘脉冲星
5.《北京日报》.“中国天眼”为何紧盯脉冲星
6.“蝌蚪五线谱”公众号.非常喜欢脉冲星说过的一句话：你甚至不愿意叫我一声灯塔
7.“环球天文”公众号.脉冲星到底是啥？它如何发出脉冲？
制作：北京市科协融媒体中心
记者：赵玲