慢速旋转中子星ASKAP J1839-0756正在挑战人们对脉冲星的传统理解

一颗使用 ASKAP 射电望远镜发现的慢速旋转中子星ASKAP J1839-0756，正在挑战人们对脉冲星的传统理解。与快速旋转的典型脉冲星不同，该物体每 6.5 小时完成一次旋转，并从两个磁极发射无线电脉冲，为天文学家探索中子星行为的极限和宇宙的奥秘提供了独特的案例。

艺术家对 ASKAP J1839-0756 的印象。来源：James Josephides

当大质量恒星到达生命终点时，它们会爆发出壮观的超新星，留下超致密的核心，即中子星。其中一些残余物会从磁极发射出强烈的无线电波。

随着恒星旋转，这些光束像宇宙灯塔一样扫过太空，当它们经过地球时会产生有规律的无线电波脉冲。这种特征行为使它们被称为“脉冲星”。

脉冲星的艺术家印象图。图片来源：斯威本科技大学 / CAASTRO

大多数脉冲星的旋转速度极快，通常只需几秒钟就能完成一次旋转，甚至更快。然而，在过去三年中，天文学家发现了一些异常物体，它们以更慢的间隔发射周期性射电脉冲，这对我们对中子星的理解提出了挑战。

在我们的最新研究中，我们发现了有史以来最慢的“宇宙灯塔”——它每 6.5 小时仅旋转一次。这一发现发表在《自然天文学》杂志上，拓展了科学家们认为可能达到的极限。

更神秘的是，这颗中子星与地球的排列方式非常独特，让我们能够探测到来自其两个磁极的射电脉冲。这种罕见现象在如此缓慢旋转的物体中从未见过，为研究这些神秘恒星的物理特性提供了新的机会。

我们利用位于西澳大利亚 Wajarri Yamaji 县的 CSIRO ASKAP 射电望远镜发现了这个名为 ASKAP J1839-0756 的物体。

在一次例行观测中，ASKAP J1839-0756 脱颖而出，因为在其位置没有发现任何先前已知的物体。它的无线电发射看起来像是一次衰减的爆发，亮度在短短 15 分钟内下降了 95%。

起初，我们并不知道该源会发出周期性的射电脉冲。在最初的观察中，我们只检测到了一次爆发。

这里显示了 MeerKAT 望远镜在两个不同中心频率下探测到的脉冲。上图显示了脉冲亮度随时间的变化，下图显示了观测频率随时间的变化，颜色代表亮度级别。图片来源：Yu Wing Joshua Lee

为了发现更多，我们利用 ASKAP 以及澳大利亚联邦科学与工业研究组织 (CSIRO) 位于新南威尔士州纳拉布里卡米拉罗伊地区的澳大利亚望远镜致密阵列和位于南非的高灵敏度 MeerKAT 射电望远镜进行了更多观测。ASKAP 的长期观测最终发现了两个相隔 6.5 小时的脉冲，证实了该源的周期性。

但真正令人惊讶的是：根据我们对中子星的了解，ASKAP J1839-0756 甚至不应该存在。

中子星通过将其旋转能量转化为辐射来发射射电脉冲。随着时间的推移，它们会失去能量并减速。

标准理论认为，一旦中子星的自转速度减慢到一定程度（大约每分钟旋转一圈），它就应该完全停止发射射电脉冲。然而，ASKAP J1839-0756 却以每 6.5 小时旋转一圈的悠闲速度照亮了宇宙。

典型脉冲星的旋转轴和磁轴非常接近（左），我们只能看到来自一个磁极的无线电脉冲。在 ASKAP J1839-0756 的情况下，轴几乎相互垂直（右）。因此，中子星旋转时，我们可以看到来自两个磁极的脉冲。图片来源：Manisha Caleb

大多数脉冲星（ASKAP J1839-0756 的近亲，旋转速度更快）就像单侧手电筒。它们旋转的轴线与磁场轴线紧密对齐，这意味着我们只能看到一个磁极发出的闪光。

但约有 3% 的脉冲星的自转轴和磁轴几乎垂直，因此我们可以看到来自两极的脉冲。这些罕见的双闪光被称为脉冲间期，为观察恒星的几何形状和磁场提供了独特的窗口。

当脉冲星减速时，它的磁轴和自转轴是否会变得更加一致或更加不一致，这仍然是一个悬而未决的问题。

ASKAP J1839-0756 的间歇脉冲可以为这个问题提供线索。在主脉冲发出后约 3.2 小时，它发出了一个具有不同特性的较弱脉冲，这强烈表明我们看到的是来自相反磁极的射电光。

这一发现使 ASKAP J1839-0756 成为同类中第一个发射脉冲的慢速物体，同时也引发了人们对此类物体如何运作的重大疑问。

那么，是什么导致了这一宇宙异常现象呢？一种可能性是，它是一颗磁星，也就是一颗具有强大磁场的中子星，它让地球上最强大的磁铁都显得微不足道。

磁星通过不同的机制产生射电脉冲，这可能使它们即使在较慢的自转速度下也能保持发光。但即使是磁星也有极限，它们的周期通常以秒而不是小时来衡量。

唯一的例外是一颗名为1E 161348-5055的磁星，它的周期为6.67小时。然而，它只发射X射线，没有射电脉冲。

ASKAP J1839-0756 会是完全不同的东西吗？一些天文学家想知道类似的物体是否可能是白矮星——质量较小的恒星留下的核心。

白矮星的自转速度比中子星慢得多，但尚未观测到单个孤立的白矮星发射射电脉冲。到目前为止，在其他波长的观测中也没有发现天空中该位置存在白矮星的证据。无论 ASKAP J1839-0756 到底是什么，很明显这个物体正在改写规则。它的缓慢旋转、射电脉冲和间歇脉冲的奇怪组合迫使天文学家重新思考中子星行为的极限，并探索这个谜团核心的新可能性。

ASKAP J1839-0756 的发现提醒我们，宇宙喜欢给我们带来惊喜，尤其是当我们认为自己已经弄清楚一切的时候。随着我们继续监测这个神秘物体，我们一定会发现更多的秘密。

作者：

Manisha Caleb，悉尼大学天体物理学高级讲师

Yu Wing Joshua Lee，悉尼大学射电天文学博士生

改编自最初发表在《对话》杂志上的一篇文章。