第一节脉冲星
1.脉冲星的发现
最初，人们认为，恒星如它的名字一样，永远不变。大多数恒星的变化过程是如此漫长，人们根本觉察不到它的变化。然而，并不是所有的恒星，都那么平静。后来人们发现，有些恒星也很“调皮”，变化多端。于是，就给那些调皮的恒星，起了个专门的名字，叫“变星”。
蟹状星云位于金牛星座，距离地球6500光年，形成于1054年的一次壮观超新星爆炸中。
每年有三个星期，在白天可观测它的存在，同时在夜晚会暂时比满月更明亮一些。中国古代书籍中，曾提及螃蟹云翳，称之为“寄宿恒星”。目前，在螃蟹云翳的中心位置，残留着以难以置信的速度旋转的中子星，每当它旋转一周时，会释放两道窄射电波射向地球。这种像灯塔似的发出周期性电波的中子星，叫做“脉冲星”。脉冲星是快速旋转的中子星，其实就是变星的一种。
1967年10月，剑桥大学研究生乔丝琳·贝尔检测射电望远镜收到的信号时，发现狐狸星座有一颗星，发出一种周期性的电波。她无意中发现了这些有规律的脉冲信号的周期十分稳定，为1.337秒。
经过仔细分析，科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星。一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到，这是外星人给我们发的电报。第一颗脉冲星曾被叫做“小绿人一号”。起初她以为，这是外星人“小绿人”发来的信号，但在接下来不到半年的时间里，又陆续发现了数个这样的脉冲信号。后来人们确认这是一类新的天体，并把它命名为脉冲星。
由于脉冲星是在坍缩的超新星的残骸中发现的，它们有助于我们了解星体坍缩时发生的情况。还可通过对它们的研究，揭示宇宙诞生和演变的奥秘。而且，随着时间的推移，脉冲星的行为方式，也会发生多种多样的变化。每颗脉冲星的周期并非恒定如一。我们能探测到的是中子星的旋转能-电磁辐射的来源。每当脉冲星发射电磁辐射后，它就会失去一部分旋转能，且转速下降。通过月复一月，年复一年地测量它们的旋转周期，我们可以精确地推断出，它们的转速降低了多少、在演变过程中能量损失了多少，甚至还能够推断出，在因转速太低而无法发光之前，它们还能生存多长时间。事实还证明，每颗脉冲星，都有与众不同之处。
有些亮度极高；有些会发生星震，顷刻间使转速陡增；有些在双星轨道上，有伴星；还有数十颗脉冲星，转速较快，高达每秒钟1000次。
每次新发现，都会带来一些新的、珍奇的资料，科学家可以利用这些资料帮助我们了解宇宙。
2.脉冲星的形成
脉冲的形成是由于脉冲的高速自转，其原理就像我们乘坐轮船在海里航行，看到过的灯塔一样。让我们设想，一座灯塔总是亮着，且在不停地有规则运动，灯塔每转一圈，由它窗口射出的灯光，就射到我们的船上一次。灯塔不断旋转，在我们看来，灯塔的光就连续地一明一灭。脉冲星也是一样，当它每自转一周，我们就接收到一次它辐射的电磁波，于是就形成一断一续的脉冲。因此，脉冲的这种现象，也就叫“灯塔效应”。脉冲的周期，其实就是脉冲星的自转周期。然而，灯塔的光只能从窗口射出来，是不是说脉冲星也只能从某个“窗口”射出来呢？事实正是这样，脉冲星就是中子星，而中子星与其他星体（如太阳）发光不一样，太阳表面到处发亮，中子星则不同，只有两个相对的小区域才能辐射出来，其他地方辐射是跑不出来的。即是说中子星表面只有两个亮斑，别处都是暗的，这是什么原因呢？原来，中子星本身存在着极大的磁场，强磁场把辐射封闭起来，使中子星的辐射只能沿着磁轴方向，从两个磁极区出来，这两磁极区就是中子星的“窗口”。中子星的辐射，从两个“窗口”出来后，在空中传播，形成两个圆锥形的辐射束。若地球刚好在这束辐射的方向上，我们就能接收到辐射，且每转一圈，这束辐射就扫过地球一次，也就形成我们接收到的有规则的脉冲信号。
实际上，脉冲星并非或明或暗。它们发射出恒定的能量流。这一能量汇聚成一束电磁粒子流，从星体的磁极，以光速喷射出来。
中子星的磁轴，与旋转轴之间，成一定角度，这与在地球上，磁北和真北的地理位置，略有不同一样。星体旋转时，这一能量束就像灯塔的光束或救护车警灯一样，扫过太空。只有当此能量束直接照射到地球时，我们才能用射电望远镜探测到脉冲星。
即使脉冲星发出的光在可见光谱内，但由于它们实在太小，离我们又很远，所以我们无法探测到这种可见光。我们只能用射电望远镜，探测它们发射出的强大的高频射电能量。
灯塔模型，是现在最为流行的脉冲星模型。另一种磁场震荡模型，还没有被普遍接受。
脉冲星是高速自转的中子星，但并不是所有的中子星，都是脉冲星。因为当中子星的辐射束不扫过地球时，我们就接收不到脉冲信号，此时中子星就不表现为脉冲星了。
3.脉冲星的基本特征
1968年，有人提出，脉冲星是快速旋转的中子星。中子星具有强磁场，运动的带电粒子发出同步辐射，形成与中子星一起转动的射电波束。由于中子星的自转轴和磁轴一般并不重合，每当射电波束扫过地球时，就接收到一个脉冲。
在演化末期，恒星缺乏继续燃烧所需要的核反应原料，内部辐射压降低，由于其自身的引力作用，逐渐坍缩。质量不够大(约数倍太阳质量)的恒星坍缩后，依靠电子的简并压与引力相抗衡，成为白矮星，而在质量比这还大的恒星里面，电子被压入原子核，形成中子，这时候恒星依靠中子的简并压与引力保持平衡，这就是中子星。典型中子星的半径，只有几千米到十几千米，质量却在1～2倍太阳的质量，因此其密度，可以达到每立方厘米上亿吨。
由于恒星在坍缩的时候，角动量守恒，坍缩成半径很小的中子星后，自转速度往往非常快。又因为恒星磁场的磁轴与自转轴通常不平行，有的夹角甚至达到90度，而电磁波只能从磁极的位置发射出来，形成圆锥形的辐射区。
4.脉冲星的观测特点
我们知道，第一个脉冲星，是英国天文学家休伊什和贝尔在1967年发现的。他们在3.7米的波长上，发现来自狐狸座的、具有极短周期的射电脉冲信号，脉冲周期是1.337秒。不久，又陆续在其他天区，发现好几个这种快速脉冲的射电源，后来称为脉冲星。到1978年，发现的脉冲星已有300多个。脉冲星的一般符号是PSR。例如，第一个脉冲星就记为PSR1919+21。1919表示这个脉冲星的赤经，是19小时19分；+21表示脉冲星的赤纬，是北纬21°。
脉冲星的观测具有以下几个特点：周期性地发射短促的脉冲辐射；脉冲周期很短。周期最短的为0.03秒，最长的为4.3秒，周期通常有非常缓慢的变长现象。大约每年增长百万分之一秒到千亿分之一秒；脉冲辐射多呈单峰或双峰形状，有的甚至多到5个峰。每个脉冲星的个别脉冲，在脉冲形状和强度上会有变化，但几百个脉冲累加得到的平均脉冲轮廓（在脉冲期间，辐射能量随时间的变化曲线）是稳定的。每个脉冲星有它特有的平均脉冲轮廓；脉冲辐射持续时间，约为周期的1/100到1/10；脉冲辐射，是高度的线偏振或椭圆偏振。偏振度和偏振矢量的方向，在脉冲期间通常是变化的；绝大多数脉冲星，只是在射电波段发出辐射。射电波段的频谱分布一般呈简单的幂律谱，也有呈现为二段幂律谱合成的频谱。频谱指数，通常是在1~3的范围；脉冲星的个别脉冲，会出现规则的向前或向后的漂移现象，有些脉冲星有时会呈现短缺脉冲现象；别脉冲星，有周期突然变化的现象。例如，近年来PSR0833-45的脉冲周期，发生过三次突然变化（见脉冲星自转突快）；发现的脉冲星，是银河系内的天体，其距离在100秒差距到2万秒差距。大多分布在银道面两旁，有向银道面聚集的倾向。
现在已普遍认为，脉冲星是有很强磁场的快速自转着的中子星。
脉冲周期，对应于自转周期。脉冲星辐射的能量，是靠消耗它自身的自转能而来的。随着脉冲星不断地辐射能量，它的自转逐渐变慢，这就是脉冲星周期缓慢变长的原因。利用脉冲星的周期变率的观测值，可以计算脉冲星的能量损失速率。脉冲星上的能量转化过程是十分复杂的，自转能首先转变为低频的磁偶极辐射（在脉冲星诞生的早期还有引力波），然后再转化为高能粒子的能量和电磁辐射的能量。目前，关于这种能量转化的机制，还不十分清楚。观测表明，电磁辐射具有高度的方向性，就像灯塔光束一样，使得脉冲星自转一周，就能给出对应的脉冲图样。
最着名的一颗脉冲星，是蟹状星云的中心星PSR0531+21（或NP0532），它的周期是0.0331秒，是目前已知脉冲星中周期最短的。
它在射电、红外线、可见光、X射线等波段，都发出脉冲辐射。它的目视等是17等，距离约6300光年。蟹状星云的中心星，据说是中国宋代记录的超新星（1054年金牛座“客星”）爆发后的残骸，蟹状星云是超新星爆发时，抛出壳层的遗迹。脉冲星的年龄，与由蟹状星云大小推算出的年龄相吻合，脉冲星能量损失与蟹状星云辐射能量的自洽，都有力地证实了这一点。
脉冲星的发现，并被证明为中子星，是天体物理学和物理学的一项重大成就。这证实了30多年前，在理论上预言的、一种新型的、由超密态物质组成的恒星的存在。因此，脉冲星的发现被誉为20世纪60年代天文学的四大发现(脉冲星、类星体、微波背景辐射、星际分子)之一，是1974年年度诺贝尔奖金的获奖项目。
5.毫秒脉冲星
毫秒脉冲星是每秒旋转上百次的脉冲星，通常有一颗正常的伴星，并从伴星中得到物质。毫秒脉冲星，曾经被称为“反覆脉冲星”，是自转周期在1～10毫秒范围内的脉冲星，目前仅能在微波或X射线的电磁波频谱的波段上被观察到。
毫秒脉冲星的起源，依然有些神秘，主导的理论认为，它们原本是周期较长的脉冲星，经由吸积的延长或回复。基于这个理由，低质量X射线双星系特别受到关注，它们被认为是正在回复过程中的脉冲星。像这一类散发出X射线的脉冲星，被认为是正在被加速的阶段，活跃性正在增加中。它们可能是正在吸收由伴星的洛希瓣溢出的角动量，使自转的速度增加至每秒钟数百转，而被加速的中子星。已经被加速了的毫秒脉冲星，散发出的电磁波频谱是在长波长的部分。
许多毫秒脉冲星，是在球状星团内被发现的，因为在这些系统内极端高的恒星密度，有利于创造能引起双星之间质量交换的环境，让自转的中子星，经由交互作用提高周期，成为毫秒脉冲星。目前，在球状星团内发现的毫秒脉冲星大约有130颗，单单在Terzan中就有33颗，然后是杜鹃座47有22颗，M28和M15各有8颗。
第一颗毫秒脉冲星，PSRB1937+21，在1982年被发现，转速为每秒641转，它的辐射落在无线电的波段上，但他拥有转速最快中子星的头衔，只有大约180天。在2005年发现的PSRJ1748-2446ad，是迄今(2006年)所知转速最快的中子星，达到每秒能转716次。
第二节超新星
1.超新星概述
我们知道，超新星又称灾变变星，是爆炸变星的一种。超新星是一种罕见的天象，它爆发时可以释放出相当于1028个百万吨级氢炸弹爆炸所产生的巨大能量。
在大爆炸中，恒星将抛射掉自己大部分的质量，同时释放出巨大的能量。这样，在短短几天内，它的光度有可能增加几十万倍，这样的星叫“新星”。如果恒星的爆发再猛烈些，它的光度增加甚至能超过1000万倍，这样的恒星叫做“超新星”。
当恒星中心开始冷却，它没有足够的热量平衡中心引力，结构上的失衡，就使整个星体向中心坍缩，造成外部冷却，而红色的层面变热，如果恒星足够大，这些层面就会发生剧烈地爆炸，产生超新星。大质量恒星爆炸时，光度可突增到太阳光度的上百亿倍，相当于整个银河系的总光度。恒星爆发的结果：①恒星解体为一团向四周膨胀扩散的气体和尘埃的混合物，最后弥散为星际物质，结束恒星的演化史。
②外层解体为向外膨胀的星云，中心遗留下部分物质，坍缩为一颗高密度天体，从而进入恒星演化的晚期和终了阶段。中国古代天文学家观测到了1054年爆发的超新星的遗迹。在一个星系中，超新星是罕见的天象，但在星系世界内，每年都能观测到几十颗。1987年2月23日，一位加拿大天文学家在大麦哲伦星云中，发现了一颗超新星，这是自1604年以来，第一颗用肉眼能看到的超新星，这颗超新星现被命名为“1987A”。