被美国海军研究实习生发现的快速自旋“极端”中子星

By Robert Lea

 published July 5, 2024

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    “在我职业生涯的如此早期看到一个推测的项目如此成功的工作出来是令人兴奋的”。

（主）一个快速旋转中子星或脉冲星的描画（插图），来自2021年2月27日GLIMPSE-C01A的VLITE 340 MHz图像。 (Image credit: NASA/National Radio Astronomy Observatory/NRL/Texas Tech)

美国海军研究实验室（NRL）遥感部门实习生阿马里斯麦柯卡维尔（Amaris McCarver）和一组天文学家发现了一颗像宇宙灯塔一样跨宇宙扫过辐射束的快速自旋的中子星。

快速自旋的中子星或“脉冲星”位于密集的星团Glimpse-CO1内，该星团位于银河系的星系平面中，距离地球约10700光年远。这颗毫秒脉冲星每秒旋转数百圈，是在Glimpse-CO1星团中发现的它的种类的第一颗。2021年2月27日，非常大阵列（VLA）发现了这颗脉冲星，它被命名为GLIMPSE-C01A，但它仍然被埋在大量数据中直到麦柯卡维尔和同事在2023年夏天发现了它为止。

这些中子星的极端条件不仅使它们成为在宇宙中任何另外地方找不到的条件下来研究物理学的理想实验室，而且它们的超精确计时也意味着脉冲星阵列能被用作宇宙时计。这些阵列是如此精确以致它们能被用来测量无限小的在空间和时间中叫引力波的涟漪经过造成的小的挤压和压紧。这一技术的一个可能的实际应用是能被用于空间导航的“天体GPS”的基础。

麦柯卡维尔和她的团队在调查来自非常大阵列（VLA）的来在97个星团中狩猎新的脉冲星的低波带电离层和瞬态实验（VLITE）的图像时发现了这个天体。

是美国海军研究实验室DC无线电、红外、光学传感器部门的16名实习生之一的麦柯卡维尔在一份声明中说，“在我职业生涯如此早期看到一个推测的项目如此成功的工作出来是令人兴奋的”。

2021年2月27日，非常大阵列观测到的脉冲星GLIMPSE-C01 (Image credit: National Radio Astronomy Observatory/NRL/Texas Tech)

宇宙的死去的恒星

与所有中子星一样，毫秒脉冲星诞生于当质量大于太阳质量八倍左右的恒星到达它们的生命结束时。一旦核聚变所需的它们的燃料供应已经被耗尽，支持这些恒星反抗它们的自身引力拉力向内推动的向外能量停止。

这造成这些恒星的核来坍塌，并在恒星的外层触发冲击波，造成它们的大部分质量被在巨大的超新星爆炸中碎块。

压缩的恒星核将电子和质子一起冲压创造一个中子海，中子是中性粒子，通常被发现与带正电的质子一起锁定在原子核中。这种富含中子的汤是如此稠密以致如果一汤匙它被带到地球它会重过10亿吨。这比我们星球上最大的山峰珠穆朗玛峰更重（讽刺的是这颗脉冲星被在堆积如山的数据下发现）。

一颗有质量相当于太阳质量拥挤进一个宽度约为12英里（20公里）内的中子星的创造也有其他极端后果。由于角动量守恒，一颗死恒星核半径中的迅速减小加速起它的旋转。这相当于宇宙中一名滑冰运动员收回他们的臂来增加他们的自旋速度，但在一整个完全不同的允许一些中子星达到每秒700转的旋转速度的水平上。

毫秒脉冲星也能通过剥离一个离它近距离的伴星的物质提高速度，就像一个宇宙吸血鬼一样。这件事也带有角动量。

在这幅图中带电粒子云沿着一颗脉冲星的磁场线（蓝色）移动，并创造一个灯塔一样的伽马射线束（紫色）。 (Image credit: NASA)

一颗中子星的诞生也迫使磁场线一起产生宇宙中最强大的磁场。

这些场线将带电粒子引导到快速旋转的脉冲星的两极，从那里它们被作为喷流爆炸出去。这些喷流随它们围绕脉冲星的旋转扫荡被能周期性的指向地球的电磁辐射束伴随。这是对脉冲星如何出现周期性变亮负责的。“脉冲星”这个名字实际上是指这样一个事实，靠乔斯林·贝尔·伯内尔于1967年11月28日它们的最初发现，科学家们认为这些极端死恒星实际上字面上是脉动的恒星。

在从非常大阵列的大量数据中发现GLIMPSE-C01A后，该团队通过重新处理绿岸望远镜（Robert C.Byrd Green Bank）的档案天空勘察数据证实了它的存在。

美国海军研究实验室遥感部门的天文学家克拉克（Tracy E.Clarke）在声明中说，“这项研究强调我们如何能用不同频率的射电亮度测量来有效的发现新的脉冲星，而现有的天空勘察与堆积如山的低波带电离层和瞬态实验数据相结合意味着这些测量本质上总是可用的。这为寻找高度分散和高度加速的脉冲星的新时代打开了大门”。

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美国海军研究实验室遥感部门的天文学家颇里森斯基（Emil Polisensky）在声明中补充道，“毫秒脉冲星为自主导航从低地球轨道到星际空间航天器提供一种承诺的方法，不依赖于地面接触和GPS可用性，由阿马里斯识别的一颗新的毫秒脉冲星的确认突显美国海军研究实验室的低波带电离层和瞬态实验数据的令人兴奋的发现潜力，以及学生实习生在前沿研究中起的关键角色” 。

6月27日发表在《天体物理学杂志》上的一篇论文详细介绍了该团队的研究。

7/5编辑更新：新发现的脉冲星位于距离我们10700光年远处。本文已更新来反映这一点。