为什么一些脉冲星一秒可以旋转数百次?

目前旋转速度最快的脉冲星是PSR J1748−2446ad,它一秒钟可以旋转大约716圈,自转一周只需要1.4毫秒,比你的显示器响应速度都要快,但是这也意味着它的赤道线速度达到了7万公里/秒,相当于光速的0.24倍。其实宇宙中旋转速度很快的毫秒级脉冲星还有很多,那么这类中子星为什么能够一秒钟旋转数百次呢?

脉冲星是自转速度最快的天体
脉冲星是自转速度最快的天体

一个天体要想达到毫秒级别的自转周期,就需要满足两点:

一是它要足够小,考虑到任何物体的移动速度都不能超过光速,所以一颗天体赤道的线速度是有限制的,如果一颗天体一毫秒自转一圈,那么它的赤道线速度最多是半径的6.3倍,所以这颗天体的半径必须要小于48公里。

二是它要拥有足够强大的表面重力,当一个物体高速旋转的时候,如果没有强大的赤道引力,则这个物体就会因为强大的离心力而瓦解。

满足以上两点的天体在宇宙中只有中子星和黑洞,即便是密度已经非常高的白矮星也无法满足上述条件。

吸收足够多的吸积盘物质,就能将一颗普通中子星转化为脉冲星
吸收足够多的吸积盘物质,就能将一颗普通中子星转化为脉冲星

那么脉冲星又是如何获得如此高转速的呢?

这就涉及到脉冲星的起源,通常来说,脉冲星起源于一颗大质量恒星,这颗恒星的自转速度可能并不会很快。但是它在坍缩成脉冲星的过程中,由于角动量守恒,所以它的旋转速度会变得越来越快,就好像花样滑冰运动员旋转的时候收紧手臂就能够加速转速一样。

但是上述的过程形成的往往只是中子星或者是自转速度较慢的脉冲星而已,要想让恒星坍缩成毫秒级别的脉冲星,则还需要增加额外的物质才行。

想象一下,现在有一颗恒星坍缩成中子星,然后围绕中子星的是大量的吸积盘物质,当这些吸积盘物质围绕中子星运行的时候,它们的速度回越来越快,最终吸积盘物质落入中子星的时候,就会将自身的角动量传递给中子星,从而使得中子星不断加速,就有可能变成毫秒级别的脉冲星。

脉冲星的磁场会减慢它的转速
脉冲星的磁场会减慢它的转速

而且这个物质量并不会太多,因为太多的物质落到中子星上,会突破中子星的质量上限,从而将其转化为黑洞。通常情况下,只需要1/10个太阳质量的吸积盘物质,就能够将一颗普通的中子星转化为毫秒级脉冲星。

除了转速高之外,脉冲星的另外一个特征就是极其精确的脉冲周期,这是因为宇宙中几乎没有摩擦力,所以脉冲星的自转几乎不受外界的影响,从而保持自身转速的稳定。

而脉冲星自身会产生强大的磁场,在自转的过程中,磁场会产生少量的“摩擦力”,从而不断的减慢脉冲星的旋转速度。所以如果时间拉长到千万亿年的话,脉冲星会慢慢的降低自身的转速,最终又变成了普通中子星。

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