PSR B1257+12(脉冲星)
· 描述:首个被确认拥有行星系统的脉冲星
· 身份:位于室女座的一颗毫秒脉冲星,距离地球约2,300光年
· 关键事实:1992年发现其周围存在三颗系外行星,这是人类首次确认的太阳系外行星系统,开启了系外行星探测的新篇章。
第一篇幅:宇宙灯塔下的“行星孤儿”——PSR B1257+12与那三颗不该存在的星
1992年深秋,波多黎各阿雷西博天文台的射电望远镜控制室内,28岁的波兰裔天文学家亚历山大·沃尔兹森裹着褪色的军大衣,盯着屏幕上跳动的绿色波形。窗外,加勒比海的浪涛声混着发电机的嗡鸣,而他的世界里只有那串规律的“滴答”声——来自2300光年外的PSR B1257+12,一颗每秒旋转161次的毫秒脉冲星,正用它精准的无线电脉冲,像宇宙灯塔般扫过地球。
“又晚了三天周期。” 导师戴尔·弗雷教授叼着烟斗走进来,烟灰落在泛黄的观测日志上,“脉冲到达时间偏差了0.003秒,比上次多了0.0001秒。你确定不是电离层干扰?”
亚历山大指尖划过数据曲线,那微小的波动像心跳般顽固:“教授,这三个月偏差累积了0.012秒,不可能是误差。脉冲星是宇宙最准的钟表,除非……有东西在‘拽’它。”
弗雷教授眯起眼。作为射电天文学界泰斗,他比谁都清楚脉冲星的“倔脾气”:这些大质量恒星爆炸后的残骸,密度堪比原子核,旋转快得像鞭子抽打的陀螺,发出的脉冲信号比瑞士钟表还准。若说有什么能让它“走时不准”,只能是引力——而能撼动脉冲星引力的,唯有质量与它相当的黑洞,或……行星。
“你疯了?” 弗雷教授敲了敲屏幕,“脉冲星是恒星的‘尸体’,周围全是高温等离子体和辐射风暴,行星怎么可能在那儿活下来?就像在火山口找鱼。”
亚历山大没说话。他调出三个月前的观测数据:脉冲周期原本是6.22毫秒,如今变成了6.23毫秒,偏差曲线呈完美的正弦波——这是引力牵引的典型特征,就像月球让地球海洋涨潮落潮。他突然想起导师说过的话:“宇宙从不按教科书出牌,我们以为的‘不可能’,往往是新发现的起点。”
一、“灯塔”的秘密:脉冲星是什么?
要理解PSR B1257+12的“反常”,得先认识脉冲星这个“宇宙怪胎”。
1967年,剑桥大学研究生乔瑟琳·贝尔在观测中偶然发现一串周期性无线电脉冲,频率精确到“秒”,起初她以为是外星文明的“联络信号”,还给取了个代号“LGM-1”(小绿人一号)。后来才知道,这根本不是什么外星信号,而是一种前所未见的恒星残骸——脉冲星。
“想象一下,” 亚历山大在给本科生的讲座上比划,“一颗质量是太阳8倍以上的大恒星,活到1000万岁就‘砰’地炸了,外层气体飞散,内核坍缩成一个直径20公里的‘小球’。这个小球密度大到什么程度?一勺它的物质就有20亿吨,相当于把全世界人口都塞进火柴盒。”
这个“小球”就是脉冲星。它的核心是中子的“海洋”,外壳是致密的铁镍合金,磁场强到能把原子捏扁。坍缩时释放的巨大能量让它疯狂旋转,最快的毫秒脉冲星每秒能转上千圈,像高速旋转的芭蕾舞者。而它发出的无线电波,就像舞者手中的荧光棒,随着旋转扫过宇宙——当“荧光棒”指向地球时,我们就收到一个“滴答”脉冲。
“所以脉冲星是宇宙灯塔,” 亚历山大指着阿雷西博望远镜的巨碗天线,“它用旋转的光束给我们报时,比任何钟表都准。”
但PSR B1257+12的特殊之处在于:它是“毫秒脉冲星”(旋转周期1-10毫秒),且位于室女座,距离地球2300光年——更关键的是,它的“灯塔”在“走时”。
二、“走时不准”的灯塔:三颗行星的引力“恶作剧”
亚历山大的发现,始于1990年的一次常规观测。
当时他刚到阿雷西博天文台读博,负责监测一批脉冲星的周期变化。PSR B1257+12的脉冲周期原本稳定在6.22毫秒,像钟表秒针般精准。但连续观测三个月后,他发现周期开始“漂移”:有时快0.001毫秒,有时慢0.002毫秒,累积偏差越来越大。
“一开始以为是设备故障。” 亚历山大在回忆录里写,“我们把望远镜校准了十遍,换了三套接收机,甚至怀疑是加勒比海的海风影响了天线——直到我发现偏差曲线有周期性。”
那是一条完美的正弦波,周期67天。亚历山大立刻联想到引力:如果有一颗行星绕脉冲星旋转,它的引力会像“宇宙手”一样,周期性地“拉扯”脉冲星,导致脉冲到达地球的时间出现偏差。根据开普勒定律,行星轨道周期的平方与轨道半长轴的立方成正比——67天的周期,意味着行星距离脉冲星约0.36天文单位(地球到太阳的距离),和火星轨道差不多。
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