脉冲星圆舞曲 ——引力波探索史上的插曲

拉塞尔·赫尔斯在1974年发现了一颗行为古怪的脉冲星。（资料图/图）

（本文首发于2017年9月7日《南方周末》）

韦伯在声望鹊起后的快速陨落，使引力波探测在燃起短暂的希望后重新陷入渺茫。然而大致就在这时，一项天文发现从一个完全不同的角度为引力波探测注入了新的生机。

1974年夏天，美国马萨诸塞大学安姆斯特分校的研究生赫尔斯受导师泰勒教授的“指派”，在阿雷西博天文台从事一项系统的脉冲星搜索，作为博士论文的基础。

搜索天体是比较枯燥的，且每天的流程高度重复，不过跟依赖肉眼的早期搜索相比，赫尔斯的搜索已在很大程度上采用了计算机辅助技术，从而减轻了繁重性。

在赫尔斯的搜索展开之时，人们已发现了约100颗脉冲星，因而脉冲星已算不上稀罕天体，甚至可以不夸张地说，只要技术足够先进，发现新的脉冲星乃是意料中的事。由于阿雷西博天文台拥有当时世界上最大的、直径1,000英尺（约合305米）的射电天文望远镜，技术的先进毋庸置疑，因此赫尔斯的工作虽然枯燥，成功却是有保障的。

不一样的脉冲星

果然，搜索展开后不久的1974年7月2日，意料之中的发现就落到了赫尔斯头上。

赫尔斯发现了一颗信号很微弱的脉冲星，只比探测阈值高出4%左右——换句话说，信号只要再弱4%以上，这颗脉冲星就会被赫尔斯的计算机探测程序所排除。从这个意义上讲，这颗脉冲星的发现有一定的幸运性。

由于脉冲星已算不上稀罕天体，信号微弱的脉冲星照说即便被发现，也容易遭到轻视。不过这颗脉冲星有一个指标引起了赫尔斯的重视，那就是它的脉冲周期——也就是它作为中子星的自转周期——特别短，仅为0.059秒左右，在当时已知的所有脉冲星中可排第二，仅次于大名鼎鼎的蟹状星云脉冲星。这种个别指标上的“冒尖”抵消了信号微弱的劣势，使这颗脉冲星变得吸引眼球，于是赫尔斯对它进行了再次观测。

再次观测的时间为8月25日，目的是对脉冲周期作更精确的测定。

测定的结果却有些出人意料：在短短两小时的观测时间内，脉冲周期居然缩短了28微秒。脉冲星脉冲周期的变化本身并非稀罕之事，比如尘埃阻尼就可使脉冲星因损失转动能量而致脉冲周期发生变化。但那样的变化往往是极细微的，短短两小时内改变28微秒可谓闻所未闻。更离奇的是，尘埃阻尼一类的因素只会造成转动能量的损失，从而只会导致转速变慢，也即脉冲周期增大，赫尔斯观测到的却是脉冲周期的减小。

为了搞清状况，在接下来的一段时间里，赫尔斯对这一脉冲星作了更频繁的观测。观测的结果进一步证实了脉冲周期确实在以一种对脉冲星来说快得有些离奇的方式变化着，且变化的快慢并不恒定——比如在9月1日和9月2日的两小时观测时间内，脉冲周期的减小幅度就不是28微秒，而是5微秒。

这到底是怎么回事？赫尔斯考虑了若干可能性，比如某几次观测出错，或计算机程序有误，但都逐一得到了排除。

双星系统

最后，一个简单而有效的假设浮出水面，完美地解释了观测效应，那便是：赫尔斯所发现的脉冲星在绕一个