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天绕这双星系统的重心运行一周。伴星大概就是那个X射线星！有些X射线源可短暂出现，然后消逝。有一个叫半人马X…4的，它的发射时间相当短；这个源曾发出周期为6。7分钟的脉冲，几天之后却隐没无踪。在人们对宇宙众象的理解图中，X射线源的地位应放在何处呢？它们显然是恒星般的天体；可是一颗恒星怎样才能发出X射线呢？要产生X射线，即使是人们已知的最热恒星的表面温度也显得实在太低了。来自一部分恒星的稀薄高温外层物质的X射线，如同日冕的情况那样，则是太微弱了。这里所讲的X射线脉冲非常短促。武仙X…1的辐射上升到极大强度要不了1/4秒。天鹅X…1的不规则起伏变化出现在1％秒以内。可是在讲脉冲星时我们已经知道，根据亮度变化的快慢可以对辐射发源区的大小作出某种推断。这种方法既适用于光线和无线电辐射，也适用于来自乌呼鲁卫星所发现天体的X射线。既然我们观测到天鹅X…1在1％秒内有变化，那么X射线发送区显然不会大于光线在百分之几秒中所传播的距离。它小于10000公里，小于太阳半径的1％，所以这种比太阳辐射更强千倍的东西该是非常小的天体。那个武仙座X射线源突然消失在伴星背后的骤然被食现象也反映出这点。既然X射线源是很小的天体，人们自然要设想是否白矮星或中子星参与了这种现象。这样我们也就很容易理解X射线的由来了。在本章开头时我们谈到，产生X射线需要几百万度的高温。当物质落向一颗白矮星，或者甚至于一颗中子星时，强大的引力使它以极高的速度撞击星面，运动受阻后很容易产生几百万度的高温。这可算X射线由来的一种很自然的解释；可是，以高速降到白矮星或中子星上的物质又从何而来？后者的由来莫非是因为X射线星多数是，甚至也许全都是双星的成员吗？如果一颗正常星和一颗白矮星或中子星相互绕着公转，而正常星（像太阳以及许多别的恒星之类）把物质抛入空间，那么这种流离物质会有一部分被那颗伴星的引力所吸引，撞到它的表面上产生高温而发出X射线（参见图10…9）。■一个X射线源的演变史现在让我们来勾画一个X射线源的草图。它的演变史可能如下：有两颗质量不同的星长期以来相互围绕着运动（见图10－10）。质量较大的一颗星先耗尽了氢储存，本来它会变成红巨星，但是由于物质散失于空间或质量转移给伴星（a），它却变成一颗白矮星（b）。这时我们看到的是由一颗主序星和一颗白矮星组成的一对双星。到了这颗主序星也用尽了氢原料，胀成红巨星时，它的大小可能会超越它容许的最大限度体积，致密伴
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星就会来抓走它的物质，物质冲到致密天体上就产生X射线。要出现这种情况，每年有一亿分之一太阳质量的物质落到一颗白矮星上就足够了。还有一种情况也可设想，就是正常星表面也有星风外流，被那颗白矮星截获一部分而产生X射线（c）。■这使人想起了■藁增二伴星的演变史。本书前面已经讲过这一情况。围绕■藁增二运行的那颗白矮星在吸积物质。为什么它不是X射线源呢？也许是由于它离■藁增二过远而只能吸积从后者流出气体中的很小一部分，这能让它发射可见光而不足以使它呈现为X射线星。不过也可能在X射线星现象中白矮星根本没有起作用；因为我们可以设想，在一对双星中两星之一经历了一次超新星爆发而炸散＇见图10－10（d）；（e）＇，留下一颗像蟹状星云中那样的中子星，绕着相对无恙地经受住了这场爆发的伴星运转。当这一伴星发出星风或演化到要超越其最大限度容积而把物质转移到这颗中子星去的时候，气体落到后者表面所包含的能量要比白矮星的能量更大，发出的X射线也更强＇图10…10（f）＇。由此看来，X射线星的辐射究竟起因于什么——是白矮星还是中子星？我们很快就会明白，有几条足够的依据使当今的天体物理学者更倾向于起因是中子星。脉冲从何而来讲到这里，读者大概可以接受宇宙源产生X射线的推理了。可是我们还没有弄清楚X射线为什么会是脉冲形式的原因。我们认为脉冲星的脉冲周期性是来自中子星的自转运动。和多数天体一样，我们所讲的致密天体也可能具有磁场，并且像地球那样，磁轴可能①并不和自转轴一致。宇宙物质横穿磁力线运动很困难，因此双星中的物质只能在两磁极处落到致密天体上，图10－11正是说明这种情况。X射线只能产生在物质落下之处，也就是磁极附近。由于沿着磁轴的方向会被不断落下的物质所吸收，X射线只能在磁轴的两侧外射。一位观测者从遥远的方向去观看，会发现在致密天体的自转过程中，两磁极之一正对向他时X射线总是消失，在其余的时间里X射线就会出现，图10－11就表示这样的现象。测量中子星的磁场在讲解脉冲星时我们已经接受了这样的概念，就是它们的射电脉冲是①这里指带电的宇宙物质——译者注。
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起因于磁场。对付X射线星，我们也只好借助于它。那么中子星的磁场从何而来呢？宇宙中几乎到处都存在磁场。太阳的普遍磁场和地球磁场大致相同，只是强度约为后者的两倍，太阳黑子内的磁场则要强至千倍以上。其他的一些恒星也发现了磁场。那么我们可以有几分把握地假定，许多恒星都有磁场。磁场和宇宙物质是相互结合在一起的。一个物体强度增大时，它的磁场密度就会相应增大，磁场变强。当一颗恒星的一部分形成为一颗白矮星时，由于密度大为增高，原有的弱磁场会变成强万倍的新磁场。白矮星中存在这样强的磁场，事实上已得到证实。可是，如果能把恒星物质再加强压缩，达到中子星那样的密度，那么磁场强度更要猛增；磁场强度便会增大千亿倍。这就是人们推测中子星必然具有如此强大磁场的理由，而且人们果真找到了这样的磁场！1976年5月2日，一个气球在美国帕勒斯坦升上天空，它所装载的科学测量仪器是由慕尼黑附近加尔兴的马克斯·普朗克地外物理研究所和蒂宾根大学一个小组研制的。约阿希姆·特吕姆佩所领导的小组已经在X射线研究方面积累了一定的经验，那时他们的主要任务是检验一种新探测器在实际使用中的功能。这台接收设备能测到比乌呼鲁卫星探测器所收集的能量更高的X射线。X射线和光波一样，也是波长愈短，每个辐射量子的能量就愈大。计量X射线量子的能量最常用的单位是千电子伏（keV）。乌呼鲁卫星接收设备所“看到”的范围是从2到10keV，而新接收装置能测到量子能量高于30keV的辐射。1976年春天进行了一次高空观测，对象是武仙X—1，其研究的是高能量辐射的强度。■技术愈高级化，观测者和有关数据的直接接触也愈少。1936年，霍夫迈斯特还能够直观地用他的望远镜去察看，估算武仙座HZ星的亮度，并根据自己的记录立即确定这颗星从上次观测以来是否变亮，如今是把测量数据记录在磁带上并输入计算机，为此必须编出相应的计算程序以读出磁带，进行数据处理。所以不足为奇的是，5月份的观测直到秋天才出来处理结果。这时人们才发现，随着能量的增高而不断变弱的辐射强度却在58keV附近出现一处奇特的尖峰（见图10…12）。如果不是特吕姆佩联想到早先他试图解释蟹状星云脉冲星的辐射所做的那些研究工作，也许这个问题会被搁置起来。武仙X…1的X射线尖峰表明，有特大量的X射线量子以58keV的能量发射出来。我们知道，原子具有吸收以及发射波长为特定数值能量的性质。以氢原子为例，有一个电子绕着带正电的核运转（见图10…13）。根据量子物理学，电子只能沿完全确定且可以计算的轨道运行。光线落到这
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个原子上一般不起什么作用，除非这个光量子的能量恰好等于把这个电子从一个内部轨道提升到一个外部轨道所需的能量，这时原子就吸收这个光量子。如果此后保持这个原子不受外界干扰，经过相当时间后电子就跳回到最里面的轨道上去，把过剩的能量以光量子的形式发射出来。这些量子具有完全确定的能量数值，相当于从一个轨道到另一轨道的跃迁所释放的能量大小。来自武仙源的辐射在一个非常确定的能量值即58keV处清楚地显得特强，但是宇宙中并没有那一种足够丰富的原子以这一能量值发出辐射。特吕姆佩试图用苏联物理学家列夫·朗道（LewLandan）所提出的一种机理来解释这种发射现象。和这种解释关联的现象是，电子在磁场中会偏转到沿圆形环绕轨道运行的地步。磁场强，轨道就小。磁场异常强时，这种环绕轨道会小到可以和原子中的电子轨道相比。但这时有一条量子力学规则起作用，就是只允许存在定值轨道。电子从外侧轨道跃迁到内侧轨道时发射量子，其能量精确地决定于磁场强度。特吕姆佩和他的同事认为造成武仙源X射线强度曲线上那个尖峰的原因就在于此。如果真是这样，那里的磁场应该比地球磁场强千亿倍以上！这样强的磁场所产生作用力之巨大，连白矮星的重力也经不住而要被撕碎，因此我们只有得出武仙源是一颗中子星的结论。所以，在包含武仙源的双星中，X射线起因于中子星。其中原来质量较大的恒星看来在某个时候爆发为超新星而留下了这颗中子星。这已经是很久以前的事了，爆炸现场早就烟消云散。当前，物质从原先质量较小并始终处在主序附近的那颗恒星流到中子星上，当它受磁场引导而撞到磁极上时就发出X射线。同时有一批电子在这磁场中沿着极为微小的环绕轨道运动，当它们从外轨道跃迁到内轨道时，就产生一种附加辐射而形成了那个在58keV处所观测到的尖峰。自从发射乌呼鲁卫星以来，人们发射了好些个X射线卫星并成功地进行了多次气球实验。X射线天文学的最大难题是一直没有能够制造出X射线照相机。X射线不能用透镜来会聚，除非沿着几乎平行于镜面的方向射来，否则反射镜也不反射X光。1952年，在基尔工作的物理学家汉斯·沃尔特（HansWolt－er，1911－1978），正是利用这种特性使X射线成像的。1978年11月以来，美国航空航天局所发射的卫星装载着一架57厘米口径的X射线望远镜一直在运转着。估计能被这一仪器测知的X射线源有一百多万个。德国第一架口径32厘米沃尔特望远镜已经由一枚火箭在1979年2月成功地送上了天。X射线爆发近些年来，人们还发现了另一种X射线源。它们似乎特别多见于球状
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星团中。这些X射线源发出形如阵雨的脉冲群，其中每个脉冲尽管往往只历时若干秒，却包含了相当于太阳每星期总共产生的那么多的能量。这种脉冲群没有武仙源的脉冲那样规则，似乎是缺乏一个控制时间的自转天体（参见图10—14）。虽然如此，这种脉冲群还是以相当规则的系列出现。我们有时接收到来自天蝎星座中一个球状星团的阵雨式脉冲群，即使并不遵守精确规律，却也具有40秒钟的循环，一次较强爆发后的宁静时间比一次较弱爆发后的要更长。这类X射线源可能也是物质落到致密天体上造成的；不过，使得这样释放能量不是均匀地，而是像阵雨洒落那样喷射出来的作用过程，看来不同于形成武仙源那种脉冲辐射特性的作用过程。从第二章我们知道球状星团已到高龄，早就停止孕育恒星。人们曾倾向于把它们看作生机已尽的世界，它们发来的阵雨式脉冲群——X射线爆发，却清楚地告诉我们那里还有活动迹象。■宇宙中可能存在着许多我们还一无所知的中子星。也许它们全都是超新星爆发遗留下来的产物，不过也许自然界还有我们尚未了解的其他途径让中子星出世。如果不是束缚它们的伴星分出物质喷射它们，使它们活动起来，给它们活动起来，给我们发来X射线，我们就不知道这些天体的存在。大约在1960年，我在一次演讲中曾请听众作一下设想，假定有一种仪器装置能把来自宇宙空间的全部辐射转化成听得到的声音。除了星光的均匀声和太阳射电爆发声以外，人们还会听到当时已知的射电源的声音，后者随着这些与整个天穹均匀辐射的天体的出没而涨落。这本来只是一组相当乏味的播音。20年后的今天，我不得不修改这幅景象。如今决定宇宙之声的既有当年已知的辐射，也还有从那时以来新发现的各种源。除了均匀的声音外，人们听到许多脉冲星的低沉调；穿播其间的有X射线源发出的光束，比如像MXB1730—335，它从一个球状星团中射出能量甚大的一群脉冲，也许是两两相隔10�