中子星的构造

脉冲星自转除了逐渐的减慢之外，至少在一部分脉冲星中还观察到突然性的加快。例如：1969年9月在那颗船帆座脉冲星中发现的，它的自转频率突然增大了1％。对于周期准确性达到10亿分之一以上的脉冲星，这个变化可以算是一场轩然大波了，此变化好比是给急转的陀螺加了一鞭似的，使它突然加快了许多。它是怎么发生的呢？有一种意见认为，这是“星震”造成的，星震就是中子星的外壳发生突然的断裂和变形。计算表明，船帆座脉冲星的直径只要改变1厘米，就足以造成观测到的频率增大现象。正像地震波的探测可以告诉我们地球内部的情报一样，这种星震造成的转动加速也能告诉我们许多中子星内部的状况。

自从脉冲星发现以后，引起了一些固体物理学家的兴趣。因为中子星物质是恒星核燃烧以后剩下的“炉渣”，只能靠原来留下的余热打发日子，它们的性质同接近绝对零度的普通物质很相似，有许多奇异的性质。

根据理论的计算，这个奇异世界的最外层是铁壳。铁壳的密度还不十分大，所以电子还没有脱离原子。由这种铁元素及其他一些元素组成的物质是一种晶体。有人认为，这种晶体的刚性比钢大1018倍，抗压缩性比钢大1020倍，导电性比铜好105倍。再往深处，由于密度越来越大，电子被压到核内，与质子结合而成中子。一定深度以下，电子和质子全部消失了，剩下的只有一片中子的海洋。“中子海”是中子星的主体部分，密度为1015克／厘米3。有趣的是，这样高密度的物质却能像处在接近绝对零度的液态氦一样，表现出超流动性，至于在更深处，中子也许会形成固态的品格，在核心甚至可能是超中子构成的物质。

用上述模型来说明星震现象是很成功的。例如：以蟹状星云脉冲星为例，由于它十分年轻，其核心区还没有形成固态中子品格，可以认为是一种鸡蛋一样的构造，外边——层硬壳，内部是流体。高速自转使它成为一个扁球，随着转速的减慢，它的扁的程度会减小，到一定程度使外壳破裂，调整为更接近球形，这时便出现自转突然加速现象。外部的加速转动通过流体慢慢向内传递，使内部也加快转动。角动量的传递速度同星内的流体性质有关，如果是普通的流体，则传得很快；如果是超流体，由于它几乎没有粘滞性，角动量传递很慢。观察脉冲星突然加快以后的恢复过程，发现同超流体的传递速度相符。在蟹状星云脉冲星这种情况下，外壳只要收缩10微米，就能说明它的周期变化了。船帆座脉冲星年龄较大，它的核心部分会形成固态中子品格，成为典型的中子星结构，这样的模型同样能圆满地解释它的周期变化现象。

我们看到，中子星的超密态为我们提供了多么特殊的环境：强大的磁场、巨大的压力、高速的转动，这一切都是地球上无法实现的，甚至也是不久以前所不敢想象的。可以毫不夸张地说，中子星是一个宇宙的天然实验室，它为各个领域的物理学家提供了地球上所没有的从事科学实验的极端条件。