第7章 PSR B1919＋21 (5/6)

中子星的强磁场与自转相互作用，会产生电磁辐射——就像发电机发电一样。这种辐射会带走中子星的旋转能量，导致自转减速。能量损失率的公式是：

\\frac{de}{dt}

=

-

\\frac{2}{3}

\\frac{\\mu^2

\\omega^4}{c^3}

其中，μ是磁矩（与中子星磁场相关），w是自转角速度，c是光速。

计算显示，psr

b1919+21每年损失的能量约为1031

erg——相当于太阳一年能量输出的10??倍。虽然看起来很少，但足以让它的周期在100万年后增加约1秒。

2.2

磁场的“衰减”：从101?高斯到1012高斯

中子星的初始磁场（刚形成时）可能高达101?高斯（是现在的1000倍）。为什么现在只有1012高斯？答案是磁场衰减。

中子星的磁场来自液态外核的发电机效应：液态金属的对流产生电流，进而生成磁场。但随着时间推移，中子星的温度下降，对流减弱，发电机效应失效，磁场逐渐衰减。

psr

b1919+21的磁场衰减率约为每年10?13高斯——这个过程将持续数十亿年，直到磁场减弱到与普通恒星相当。

2.3

未来的命运：会不会变成黑洞？

中子星的最终命运，取决于它的质量。根据奥本海默-沃尔科夫极限（oppenheimer-volkoff

limit），中子星的最大质量约为2-3

m☉。超过这个极限，中子简并压力无法对抗引力，会坍缩成黑洞。

psr

b1919+21的质量是1.4

m☉，远低于极限。它的未来有两种可能：

永远旋转：如果自转减速足够慢，它会一直作为脉冲星存在，直到磁场完全消失；

合并成黑洞：如果它与另一颗中子星合并（概率极低），总质量超过极限，会坍缩成黑洞，释放出引力波。

三、宇宙中的“标准工具”：psr

b1919+21的应用

psr

b1919+21不仅是天文学的研究对象，更是宇宙的“标准工具”——它在星际介质研究、引力理论测试、甚至未来导航中，都发挥着重要作用。

3.1

星际介质的“探针”：绘制银河系的电子地图

脉冲星的射电信号穿过星际介质时，会与其中的自由电子相互作用：高频波比低频波传播得更快，导致脉冲“展宽”（dispersion）。通过测量色散量（dm，dispersion

measure），可以计算星际介质的电子密度：

dm

=

\\int

n_e

dl

其中，n_e是电子密度（单位：cm?3），dl是信号穿过的路径长度（单位：pc）。

psr

b1919+21的dm约为30

pc

cm?3——这意味着它的信号穿过了约30个电子\/立方厘米的星际介质。通过分析它的色散量，科学家绘制了银河系的电子密度地图，了解了星际介质的分布与演化。

3.2

引力理论的“测试场”：检验广义相对论

广义相对论预测，旋转的大质量天体会拖曳周围的时空（frame

ing）。对于中子星来说，这种拖曳会导致脉冲到达时间的变化——称为测地线进动（geodetic

precession）。