每秒旋轉數百次！脈衝星到底是“何方神聖”？

說起脈衝星，大部分人都會聯想到它那獨一無二的穩定閃光。當脈衝星在1967年首次被發現時，它們有節奏的無線電波脈衝成功地吸引了科學家的注意。一些人認為他們的射電光束可能是來自外星的訊息。

但是經過大量的觀測和研究之後，我們知道脈衝星是磁化的、旋轉的中子星。我們知道它們旋轉得很快，它們的磁極將掃過的無線電波射向太空。如果它們正巧掃過地球，我們可以“看到”它們是無線電波的脈衝。這些脈衝極其穩定，因此被科學家當做宇宙中的燈塔，它超強的穩定週期完全可以作為宇宙的原子鐘。但是產生所有電磁輻射的確切機制仍然是個謎。

近日，一個研究小組對這一現象的研究出現了線索，它與伽馬射線、電子和正電子以及振盪電場有關，這一切都要從脈衝星中心的中子星開始。

中子星

中子星是怎麼誕生的呢？當一顆質量介於10到29個太陽質量之間的大質量恆星作為超新星坍縮爆炸時，它就會留下一顆中子星。中子星不再經歷進一步的聚變，而是被強烈的引力所控制，強大的引力壓倒了恆星中的原子鍵，幾乎把一切都壓成中子。但是中子星從它的前身恆星那裡保留了一些重要的東西：旋轉力。

中子星的體積和質量比它的前身要小得多，但是旋轉速度增加了。它被稱為“角動量守恆”，這個概念在天文學和天體物理學中經常出現。一顆中子星的旋轉速度非常快，每秒旋轉數百次。這種快速的旋轉產生了非常強大的電場，這是我們所知道的最強大的電場，將電子從恆星表面撕裂，同樣的磁場會加速這些電子達到高速。

因為電子加速得如此之快，所以脈衝星會發出伽瑪輻射。但是脈衝星也有一個非常強大的磁場，這個磁場會重新吸收伽馬射線。這種再吸收產生了另一股由電子及其反物質對應物正電子組成的等離子體，然後等離子體充滿了磁層，從而產生稠密的等離子體。

在脈衝星中，磁場是如此強，伽馬射線光子是如此高能，因此電子和正電子的產生是非常有效的。物理學家認為這會產生光子和電子-正電子等離子體的級聯。這些場是如此強大，它們扭曲和重新連線得如此劇烈，根據愛因斯坦的E=mc2方程，磁場從能量中創造出物質和反物質。

但電子和正電子都是帶電粒子，它們會產生自己的電場，因此對脈衝星的電場有抑制作用。所以脈衝星的電場隨後變得非常弱，並開始在正負之間振盪。

所以如果我們看到一箇中子星，一般都帶有一個強大的磁場，還有一個擺動的，振盪的電場。這兩個場相互作用，結果是電磁能量波作為無線電波發射到太空。只有當磁場和電場不對齊時才會發生這種情況。

在這項研究中，研究人員模擬了這些因素，模擬產生的能量與從脈衝星觀測到的能量相匹配。研究科學家亞歷山大·菲利波夫說，這個過程很像閃電。一組日本科學家在2017年發現，閃電會產生伽馬射線和反物質。是得，沒錯，像脈衝星一樣，閃電也能產生伽馬射線和反物質。

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不過，這項研究有一個問題，因為儘管研究小組模擬的能量與脈衝星觀測到的能量相匹配，但還是存在差異，模擬的粒子能量比實際的脈衝星要低得多。因此其中仍然存在一些潛在的漏洞。

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