脈沖星圓舞曲 ——引力波探索史上的插曲

拉塞爾·赫爾斯在1974年發現了一顆行為古怪的脈沖星。（資料圖/圖）

（本文首發于2017年9月7日《南方周末》）

韋伯在聲望鵲起后的快速隕落，使引力波探測在燃起短暫的希望后重新陷入渺茫。然而大致就在這時，一項天文發現從一個完全不同的角度為引力波探測注入了新的生機。

1974年夏天，美國馬薩諸塞大學安姆斯特分校的研究生赫爾斯受導師泰勒教授的“指派”，在阿雷西博天文臺從事一項系統的脈沖星搜索，作為博士論文的基礎。

搜索天體是比較枯燥的，且每天的流程高度重復，不過跟依賴肉眼的早期搜索相比，赫爾斯的搜索已在很大程度上采用了計算機輔助技術，從而減輕了繁重性。

在赫爾斯的搜索展開之時，人們已發現了約100顆脈沖星，因而脈沖星已算不上稀罕天體，甚至可以不夸張地說，只要技術足夠先進，發現新的脈沖星乃是意料中的事。由于阿雷西博天文臺擁有當時世界上最大的、直徑1,000英尺（約合305米）的射電天文望遠鏡，技術的先進毋庸置疑，因此赫爾斯的工作雖然枯燥，成功卻是有保障的。

不一樣的脈沖星

果然，搜索展開后不久的1974年7月2日，意料之中的發現就落到了赫爾斯頭上。

赫爾斯發現了一顆信號很微弱的脈沖星，只比探測閾值高出4%左右——換句話說，信號只要再弱4%以上，這顆脈沖星就會被赫爾斯的計算機探測程序所排除。從這個意義上講，這顆脈沖星的發現有一定的幸運性。

由于脈沖星已算不上稀罕天體，信號微弱的脈沖星照說即便被發現，也容易遭到輕視。不過這顆脈沖星有一個指標引起了赫爾斯的重視，那就是它的脈沖周期——也就是它作為中子星的自轉周期——特別短，僅為0.059秒左右，在當時已知的所有脈沖星中可排第二，僅次于大名鼎鼎的蟹狀星云脈沖星。這種個別指標上的“冒尖”抵消了信號微弱的劣勢，使這顆脈沖星變得吸引眼球，于是赫爾斯對它進行了再次觀測。

再次觀測的時間為8月25日，目的是對脈沖周期作更精確的測定。

測定的結果卻有些出人意料：在短短兩小時的觀測時間內，脈沖周期居然縮短了28微秒。脈沖星脈沖周期的變化本身并非稀罕之事，比如塵埃阻尼就可使脈沖星因損失轉動能量而致脈沖周期發生變化。但那樣的變化往往是極細微的，短短兩小時內改變28微秒可謂聞所未聞。更離奇的是，塵埃阻尼一類的因素只會造成轉動能量的損失，從而只會導致轉速變慢，也即脈沖周期增大，赫爾斯觀測到的卻是脈沖周期的減小。

為了搞清狀況，在接下來的一段時間里，赫爾斯對這一脈沖星作了更頻繁的觀測。觀測的結果進一步證實了脈沖周期確實在以一種對脈沖星來說快得有些離奇的方式變化著，且變化的快慢并不恒定——比如在9月1日和9月2日的兩小時觀測時間內，脈沖周期的減小幅度就不是28微秒，而是5微秒。

這到底是怎么回事？赫爾斯考慮了若干可能性，比如某幾次觀測出錯，或計算機程序有誤，但都逐一得到了排除。

雙星系統

最后，一個簡單而有效的假設浮出水面，完美地解釋了觀測效應，那便是：赫爾斯所發現的脈沖星在繞一個