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究组发现并研究了脉冲星而获得了1974年度物理学诺贝尔奖。发现是重大的，取名则不当，脉冲星并不脉动。当人们取这名称时，还以为它们是像造父变星那样来回胀缩的星体，现在我们理解到，它们是自转中子星，只不过取的名称已经挂在它们头上成为既定事实。可是我们能不能从根本上肯定汤米·戈尔德是正确的呢？确实存在中子星吗？直到发现X射线星之前，天体物理学家思想上总还有一缕疑云未散。要问那种天体又是什么，请参阅本书第10章。
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9．恒星窃取恒星的物质我们知道，对于天体物理学家来说，双星是最能提供信息的天体。人们可以从双星得到比单星更多的东西。这无论是对于下章将要讲到的X射线星，还是对于双星中的一般恒星都是如此。有一段时间，似乎双星证明我们所有关于恒星演化的概念都是错误的。有些研究双星的人也曾经简单地断言，双星中的恒星演化是和50年代以及60年代用计算机所模拟的情况完全不同。引起这种怀疑的原因是因为有一类特殊双星的存在。这类双星第一次被人们所注意是在1667年，当时博洛尼亚的天文学家吉米安尼·蒙塔纳里（GemianiMontanari）发现英仙座的第二颗最亮星突然有一段时间变得比平时暗很多。大陵五——魔鬼之首①托勒密把放在柏修斯手中的那颗星叫做“女怪之②意思是“不安静的鬼神”。这颗星就是根据阿拉伯名字而叫做Algol。蒙塔纳里觉察到它是一颗变星。100多年以后，18岁的英国人约翰·古德利克才清楚地了解它。他在1782年11月12日的晚上，觉察到这颗星比平时暗了6倍，但到第二天晚上大陵五星又恢复了正常。在同年的12月28日，相同的现象又再次出现了。大陵五星在17时30分变暗，3。5个小时以后它又亮起来。古德利克继续观测，并且很快就得到这样的结论：大陵五通常是亮的，但每隔2天零21个小时，它的亮度变暗一次；在3。5个小时内它的亮度将一直减弱到比正常亮度的1/6还要暗，而在随后的3。5个小时内又逐渐亮起来。古德利克立即给出了直到今天都还是正确的解释。这位天才的聋哑青年在伦敦皇家学会刊物《哲学学报》上发表的一篇文章中写道：“如果不算过早地推测它变化的原因，那么我可以设想，或者是有一个大的中间物体围绕着大陵五转动，或者是它本身的某种运动，这种运动对于地球来说是很规则而有周期的运动，并且可以将大陵五的一部分体积遮住。除此而外，很难有其他原因”。100年以后，人们才相信他所说的。今天我们知道，他的第一个解释是正确的。确实是有一颗伴星以6。9小时为周期围绕着大陵五转动，并且能局部地把它遮住。①希腊神话中杀死蛇发女怪的英雄。英仙座就是用她的名字而取名——译者注。②在中国这颗星叫大陵五——译者注。
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任何人只要知道大陵五在空中的位置，就能用肉眼观看到这个现象。这颗星几乎总是很亮，因而在多数情况下没有发现它有什么特殊的地方。但是可以不断地看到它会变暗，暗到和旁边一颗平时远比它暗的星，即英仙座Rho星一样亮。今天人类已经知道有很多像大陵五一样被一颗伴星规则掩食的变星。在本书开头我们就提到御夫座ζ星的掩食。所有的食变星都是密近双星。它们相距很近，即使在最好的望远镜中也不能将它们分开而看到单颗恒星。但是，我们可以根据它们是怎样发生掩食的方式，而得到双星的知识。正是大陵五星使人们知道了和恒星演化理论相矛盾的问题。双星系统中的复杂作用力如果在一颗恒星的近旁还有一颗伴星围绕着它运动，那么作用在物质上的力不仅有指向恒星中心的重力，还有伴星对它的引力，此外还要加上由于两星互相围绕运动所产生的，并且是很重要的离心力。因此，如果有第二颗星的存在，恒星附近的引力就会以复杂方式变化。所幸的是，在上个世纪中期，有一位在蒙彼利埃工作的法国数学家爱德华·洛希（EdouardRoche），他找到了一种简化方法。至今天体物理学家还在应用这种方法。在单星情况下，恒星周围的物质仅仅受到指向恒星中心的引力作用。然而在一个双星系统中，任何地方的物质都会同时受到两个恒星的引力作用。如果两颗恒星的引力方向相反（对于两星连线上的点），这两个力可以全部或是部分地被抵消（见图9…1）。我们给两颗恒星编号为1和2。由于引力是随着距离的增大而急剧减小，所以，在靠近恒星1的地方，恒星1的引力就成为主要的。而在恒星2的附近，后者的引力是主要的。我们可以在每颗恒星的周围画出一个所谓“允许”体积。如果把气体放到这个体积内，则气体会落到位于这个体积内的恒星上去。人们把允许体积称为洛希体积。恒星的引力在它的洛希体积内是主要的。图9…1中用虚线表示的曲线是最大允许体积的外截面。在图中还可看到，当气体参与两星的互相围绕运动时，气体还应受到附加的离心力作用。位于图9…1中两个允许体积外部的物质，可以被离心力抛出系统去，也可以落入到两星中的某一颗星上去。但在任何一个洛希体积内的物质，必定要坠落到该体积内的那颗星上去。允许体积的大小和两颗星的质量以及它们间的距离有关，而且，已知双星是很容易计算出来的。■如果观测双星，则常会发现，有的双星系统中两颗星都位于它们的洛希体积以内（图9…2（a））。这时对于任意一颗星的表面来说，指向中心的自身重力是主要的。粗略地说，这时没有哪一颗星会感觉到它的伴星的作
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用。因此并不奇怪，被人们称为不相接型的密近双星和单星是没有区别的。在多数情况下，两颗星均是通常的主序星，它们都是靠氢聚变提供能量，并且只消耗了很少一部分燃料。此外，还有另一类双星系统，其中一颗星是在它的允许体积以内，而另外一颗星则正好充满它的允许体积。人们称这类双星为半相接型双星〔图9…2（b）〕，大陵五双星就是其中之一。在半相接双星中就会出现矛盾。■大陵五和天狼星的佯谬半相接双星中质量大的星小于它的洛希体积，它是一颗正常的主序星。而质量较小的星却完全不同，它正好达到允许体积的边界，并且在赫罗图中已位于主序的右边，明显地朝着红巨星方向移动了（图9…3）。质量较大的星还没有将它的氢全部耗尽，因为它还在主序上。然而质量较小的星似乎已经将它中心区域的氢全部耗尽，因为它已准备向红巨星区域运动。■这和我们的恒星演化概念完全相反。我们曾看到，质量大的恒星演化得很快，首先耗尽它的氢燃料。然而在这里，两颗年龄相同的恒星中却是质量较小的星首先耗尽它的氢燃料。至于两颗星的年龄相同，我们不必怀疑，因为不存在一颗星能够捕获另一颗星的现象，所以，它们必须是同时诞生的。为什么质量较小的星反而演化得快？难道是恒星演化基本概念错了？不仅大陵五型双星使我们在演化概念上遇到疑难，某些不相接双星也使我们处于困境之中。我们知道，天狼星和一颗质量仅有0。98个太阳质量的白矮量组成一个双星系统。根据计算