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烏呼備之後又有一些衛星被用於對X射線天空的研究,其中有“高能天文臺”系列,這個系列中的第二顆衛星取得了最壯觀的成果。它被命名為“愛因斯坦”,以紀念這位偉人誕生一百週年,是他以自己的方式開啟了觀察天空的視窗:他開啟的是人類思想的視窗。歐洲的空間天文學已被講得很多了,在這裡所涉及的高能領域,還應提到前蘇聯於1990年發射、用於“硬”(即高能)X射線和“軟”(較低能)伽瑪射線的“格拉納”(Granat)號衛星。這顆衛星的成果已很豐富並且仍在增加,這對國美國的空中光學望遠鏡出問題而悲傷的天文學家來說僅是一種安慰。
X射線脈衝星
由衛星發現的X射線源有一半以上是在銀河系內,其餘的則是活動星系的核心或星系團中的高溫氣體。銀河系內的源大部分都與不同形式的坍縮恆星有關:膨脹到星際空間的超新星遺蹟,白矮星,更重要的是包含中子星的雙星系統。
1971年初,烏呼魯探測到半人馬座X──3。這是一個變化的X射線源,平均光度比太陽在所有波段的輻射還要強1萬倍。此外,半人馬座X──3的輻射還有周期為484秒的規則脈衝,這樣短的週期表明,它像射電脈衝星一樣是一顆快速轉動的中子星。但是,它又與射電脈衝星不同,其輻射每隔2087天會停止將近12小時,這意味著這個源是一個掩食雙星系統的成員,每當它轉到那顆大的伴星背後,輻射就被遮擋。一個嶄新而富有成果的天文學分支由此開始,這就是雙星X射線源的研究。
半人馬座X-3之後,又有許多別的X射線脈衝星接理而至,其中最有趣的一個是武仙座X—l,它的脈衝週期是1.24秒,它的雙星性則已由幾種相互獨立的方法證實。首要地,X射線輻射每1.7天被遮擋6小時,此外,對X射線輻射到達時間的極為精確的測量表明,在1.24秒這個平均週期值附近還有著規則的振盪。脈衝週期值的移動是由X射線源繞伴星的軌道運動造成的,由此推算的軌道週期與掩食週期精確相符。為進一步證實,又作了非常精細的光學測量,果然在可見光波段找到了伴星,它也是每1.7天被掩食1次。武仙座X -l就成了一顆被反過來發現的光譜雙星,因為是先由X射線輻射發現緻密子星,然後再找到“正常”的光學子星。
雙星源X射線輻射的機制是什麼呢?一個重要的線索來自所有這類雙星都有很短的軌道週期這一事實。這就是說兩顆子星之間的距離非常小,於是中子星就能夠用一種“引力吸塵器”來捕獲伴星的物質,道理如下:由單個恆星周圍那些引力場相等值的點組成的面,即所謂等勢面,都是以恆星為中心的球面。雙星系統的等勢面就要複雜得多(圖59),其中有一個是兩顆子星的引力相抵消的面,它的形狀像阿拉伯數字8,每個圈都包圍著一顆星。它被稱為洛希瓣,因為法國蒙特佩列大學的數學家挨多瓦·洛希(Edouard Roche)於1850年首先研究了這個問題。中子星這樣的緻密星可以被簡單地看作洛希瓣裡的點源,而非坍縮恆星就可以佔領它的瓣的大部分,甚至像紅巨星那樣的情況還會超出它的孤X射線脈衝星如半人馬座X──3和武仙座X-1,可以被解釋為這樣的雙星系統,其中一個子星是中子星,另一個是充滿了自己洛希瓣的巨星。後者很容易丟失物質,主要是在兩個瓣相連線的點上丟失。氣體物質從一個瓣進入另一個後,就處在中於星的控制之下。對於半人馬座X──3可以估算出,每年有相當於一個月亮的物質被從巨星轉移到緻密星上。
像射電脈衝星一樣,X射線脈衝星的中子星也在快速自轉,並有很強的磁場,磁軸相對於自轉軸有偏斜。來自伴星的氣體並不會直接落向中子星,而是被離心力拖曳而作緩慢的“螺旋線”運動,於是氣體就會形成一個薄薄的吸積盤。在磁場能量開始超過氣體轉動能的地方,吸積盤被破壞,盤中物質被提出來,沿磁力線落向中子星的磁極。
X射線是由氣體對中子星的固體外殼的撞擊而產生的。聯想到水力發電的原理,就容易理解引力場如何能把自己的能量轉變成輻射。水從足夠高處落下時會把勢能轉變成動能,於是以很高的速度撞擊渦輪機葉片,把自己的動能轉變成轉動機械能,機械能又透過磁感應最後轉變成電能和輻射。整個過程的原動力是地球的引力場,類似的過程也在中子星的表面發生。當然,引力場越強,下落一段給定距離時引力能轉變為輻射的效率就越高。一隻10克的球由高處落到地面,只釋放很少一點熱和紅外輻射。如果它是落到白矮星表面,則