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(2024-11-29 09:28:10)
球状星团Terzan
6首颗脉冲星的发现
发布时间：2024-10-17 近日，南京大学天文与空间科学学院领导的国内外合作团队利用美国的绿岸射电望远镜（Robert C.
Byrd Green Bank Telescope,
GBT，即图中左下角的射电望远镜）2019年的档案观测数据，在
6 GHz波段（C波段）发现了来自球状星团Terzan 6的首颗脉冲星，这也是首次在高频波段发现球状
星团脉冲星。 球状星团是外表酷似球形、由大量恒星通过自引力束缚构成的系统，其年龄通常超过百亿年，是宇
宙中最古老的天体系统之一。大质量的恒星在球状星团漫长演化历史中燃烧殆尽，其中一部分会形
成致密天体——中子星。中子星密度极高，相当于一个半太阳压缩到南京主城区内，其极强引力和
极高磁场使其成为极端物理研究的重要对象。高速旋转的中子星会从其磁极发射出射电波束，当这
个波束一次次扫过地球时，射电望远镜会接收到一个个脉冲信号（如图中的紫色脉冲信号所示），
这就形成了射电脉冲星。因此，射电脉冲星也被形象地称为“宇宙中的灯塔”。当中子星处在双星
系统中时，它会通过吸积伴星物质获得角动量，使其越转越快。其转动周期甚至可以达到毫秒量
级，形成毫秒脉冲星。它的伴星因其初始质量的不同最终会形成矮星、白矮星、中子星甚至是黑
洞。 银河系内脉冲星的分布和恒星密度息息相关，恒星密度越高的地方脉冲星也会越多。球状星团中的
恒星密度远高于银盘、银晕，疏散星团等场所，使其成为搜寻脉冲星的理想目标。球状星团的恒星
碰撞率参数可以较好地反映其中脉冲星的数目。近邻球状星团中，恒星碰撞率最高的是Terzan 5，
第二是M15，第三便是Terzan 6。 迄今为止，人们已在45个球状星团中发现了330颗脉冲星，仅在球状星团Terzan
5中就发现了49颗
脉冲星。Terzan 6是一颗核塌缩型球状星团，紧邻银河系中心，距地球约2.2万光年。图中右上角展
示了Terzan 6在Ks波段（近红外）的图像。天文学家根据Terzan 6的性质推测其中应存在数十颗射
电脉冲星。本研究的合作者、射电天文学家 Duncan Lorimer 教授也曾评论道：“Terzan 6:
The
next Terzan 5?”。然而，在1987年首颗球状星团脉冲星被发现后，近四十年间，Terzan
6中一直
没有发现脉冲星，这给球状星团脉冲星的研究带来了巨大挑战。最近，由南京大学天文与空间科学
学院领导的合作团队发现了第一颗与Terzan 6成协的脉冲星——PSR J1750–3116A。 PSR
J1750–3116A的发现得益于使用高频波段的观测。由于Terzan 6 靠近银心方向，传统的低频
波段观测具有三个问题： 1. 射电背景辐射较强，特别是在低频波段（例如在L波段，1.4 GHz），
背景亮度高达12 K。2.银河系中心方向电子密度较高，脉冲信号在传播过程中受到散射效应和闪烁
效应的影响，使得微弱的射电脉冲信号难以捕捉。3. 当脉冲信号穿过等离子体时，还会产生色散效
应，导致低频信号会比高频信号到达得晚。色散效应在低频波段对观测干扰更大，而在高频波段时
影响较小。GBT是世界上最大的全可动射电望远镜，装有C波段接收机，可接收4至8 GHz的电磁波
，系统性能优异。通过使用GBT C波段的接收机进行观测，这些问题得到了有效解决。 PSR J1750–3116A的自转周期为5.33
毫秒，即每秒钟旋转约188圈。它的射电信号极其微弱，C波
段流量密度仅约3 Jy。观测结果表明该毫秒脉冲星很可能是孤立的，其形成与Terzan 6内频繁的恒
星间相互作用有关：可能是毫秒脉冲星所处双星被解体；可能是双白矮星或白矮星–中子星的并合
产物；也可能是中子星潮汐瓦解主序星的产物。色散效应的强弱可以用色散量来衡量。PSR J1750
–3116A的色散量约为383 pc cm-3，这与银河系自由电子密度模型预测的结果相吻合，进一步证
实了它与Terzan 6联系紧密。 PSR J1750–3116A的发现对Terzan
6中其它脉冲星的进一步搜寻、球状星团的动力学演化、毫秒
脉冲星的形成等领域的研究具有重要的研究意义。未来利用装有S波段（2 GHz）或者C波段接收机
的射电望远镜（例如GBT、MeerKAT等），结合已知的色散值进行相干消色散观测，有望在Terzan
6发现新的脉冲星。 该发现已于2024年10月1日发表在《天体物理学快报》（The Astrophysical Journal
Letters）上。
南京大学天文与空间科学学院研究生高世杰为第一作者，李向东教授为通讯作者，南京大学为唯一
通讯作者单位。国家天文台、美国西弗吉尼亚大学（West Virginia
University）等单位也参与了该
发现。该发现被世界科技研究新闻网（phys.org）报道。该研究得到了国家自然科学基金青年学生
基础研究项目（博士研究生）、国家自然科学基金、国家重点研发计划等的资助。该发现得到了美
国绿岸射电天文台（The Green Bank
Observatory）的支持。射电观测数据的传输、存储和处理
得到了南京大学e-Science中心的支持。
文：高世杰、李向东 图：王艺颖
原文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad7a69
图 1 首颗与球状星团Terzan 6成协脉冲星的发现示意图。左下角为美国绿岸射电望远镜 （Robert C. Byrd Green Bank Telescope, GBT）的艺术图。右上角为Terzan 6在Ks波段（近红
图 1 首颗与球状星团Terzan 6成协脉冲星的发现示意图。左下角为美国绿岸射电望远镜 （Robert C. Byrd Green Bank Telescope, GBT）的艺术图。右上角为Terzan 6在Ks波段（近红
外）的图像。背景为北半球夏季银河照片，其中框内标注了Terzan 6的大致位置。紫色脉冲轮廓取
自真实观测数据并做了艺术处理。
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