中國研究揭毫秒脈衝星特性

脈衝星是一種高速旋轉的中子星，會規律地發出強烈的無線電波，當這些信號穿越星際間的電漿結構時，會出現類似“閃爍”的現象，就像星星在天空中一閃一閃。如果人類在未來能夠實現“星際穿越”的話，這些脈衝星可以為人類在浩瀚的宇宙中旅行提供“導航”。中國科學院新疆天文台研究人員王娜日前帶領團隊獲得的新研究成果揭示，一顆新毫秒脈衝星，較之已知毫秒脈衝星呈現出一系列相差至少兩個量級的反常物理特性：特徵年齡顯著更年輕、表面磁場顯著增強、自轉能損率極高。相關結果發表於《自然 · 天文》。

研究人員表示，通過對中國天眼（FAST望遠鏡）新發現的毫秒脈衝星“PSR J0435+3233”開展深度觀測，首次探測到毫秒脈衝星異常大的週期變化率。這比銀河系已知毫秒脈衝星高兩個量級。該特性讓該脈衝星在周期—周期變化率圖中遠位於“加速線”上方，與所有已知毫秒脈衝星形成鮮明區分。

研究人員表示，傳統理論認為，毫秒脈衝星是普通脈衝星在雙星系統中“吞噬”伴星物質，像被不斷鞭策的陀螺，形成吸積加速，但加速並非毫無限制，達到“加速線”的毫秒脈衝星自轉周期逐步趨於穩定，其精度甚至超越原子鐘。事實上，以往所有觀測到的毫秒脈衝星確實都位於“加速線”以下，與理論完美吻合。然而，此新脈衝星“PSR J0435+3233”處於軌道周期約為八日的雙星系統中，其伴星是一顆質量大於○點二九倍太陽質量的白矮星。它的自轉周期為三點二毫秒，卻擁有極高的周期變化率。這意味着，它是一顆異常“年輕”且能量損耗劇烈的特殊毫秒脈衝星。更令人矚目的是，與已知的近四千顆脈衝星相比，僅有四顆年輕脈衝星的能損率大於“PSR J0435+3233”，且它們都為單星。這些特徵與毫秒脈衝星“年老、磁場微弱、自轉穩定”的傳統認知形成鮮明對比。

毫秒脈衝星是每秒自轉上百次的特殊中子星，對其研究不僅有望對理解中子星演化、奇異物質狀態起到重要作用，而且穩定的毫秒脈衝星是低頻引力波探針。此研究成果對經典的毫秒脈衝星吸積加速形成理論提出了嚴格限制。“PSR J0435+323”的存在強有力地提示，毫秒脈衝星的形成可能並非只有單一的吸積加速路徑，而是可能存在多種未被充分認識的物理機制。研究團隊推測，諸如“強磁場中子星超愛丁頓吸積”或“磁化白矮星吸積誘導塌縮”等特殊過程，或許能夠解釋這類具有高周期變化率、高磁場和高能損率的年輕毫秒脈衝星的誕生。

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