超新星、激波和自旋减慢：超长周期脉冲星的一种起源可能

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翻译：杨幸允

校对：牧夫校对组

编排：陈宏宇

后台：朱宸宇

https://aasnova.org/2026/01/16/possible-origin-story-for-ultra-long-period-pulsars/

中子星的示意图。图片来源：欧洲空间局

研究人员最近发现了一批超长周期脉冲星；它们难以被传统的脉冲星模型解释。一篇新论文解释了这些脉冲星可能由密近双星系统中的大质量恒星演化而来。

慢得出奇的源

当大质量恒星发生超新星爆发时，爆炸后可能会留下中子星这个致密的恒星核。快速自转的中子星会演化成脉冲星。它们快速的自转为沿恒星两极的射电辐射提供了能量。

直到不久之前，脉冲星的自转周期似乎都不超过12秒。研究人员认为，一旦脉冲星自转低于这个“迟缓”的速度，它们将无法再产生电子-正电子对，也就不能沿磁力线将这些粒子输送到磁极来产生传统的射电信号。

蟹状星云的多波段图像。蟹状星云是一次孕育出中子星的超新星爆发留下的遗迹。这颗中子星为脉冲星风星云（蓝色）提供能量。图片来源：X射线波段——美国国家航天局（NASA）、钱德拉X射线中心（CXC）和J·赫斯特（亚利桑那州立大学）；光学波段——美国国家航天局、欧洲空间局和J·赫斯特与A·洛尔（亚利桑那州立大学）；红外波段：美国国家航天局、加州理工大学喷气推进实验室（JPL-Caltech）和R·格尔兹（明尼苏达大学）。

然而事情并不简单，天文学家们开始意外地发现自转异常缓慢的脉冲星。首批打破规律的脉冲星周期为几十秒；如今人们甚至发现了脉冲周期长达数分钟甚至数小时的天体。这些奇异天体究竟是什么呢？

中子星的起源故事

在一篇由萨万娜·卡里（加州大学伯克利分校）领衔的最新研究论文中，研究人员们提出这些奇异射电源实际上是脉冲星——但属于自转缓慢并且通过磁场供能（而非自转供能）产生射电辐射的特殊类型。

他们提出一个假设：这种超长周期脉冲星的起源于一个由大质量恒星及其近距离伴星组成的双星系统。随着大质量恒星的演化，它会将外层物质转移给伴星，并最终以壳层剥离超新星的形式消亡，来让一颗高速自转的中子星诞生。当超新星的喷出物撞击伴星时，伴星被加热并发生膨胀，其半径可增大至原来的 5–100 倍。

计算机模拟中超新星爆发一小时后的情景。黑色虚线是中子星（NS）将穿越伴星外层的轨迹。图片来源：卡里等人（2026）。

与此同时，爆炸对新生中子星“猛地一踢”，很可能使双星系统解体。这使得中子星踏上一条新的运动轨迹，可能会穿过原伴星膨胀后的外层区域，在那里它能够吸收伴星和超新星喷出物中的气体，并将它们汇聚成一个吸积盘。

减速

卡里团队通过三组计算机模拟探索了这个情景的结果：用于描述伴星激波加热的流体动力学模型、用于描述中子星周围吸积盘形成的数值模型以及用于描述吸积盘与中子星相互作用的解析模型。

对于一个由质量分别为 6.4 个和 4.0 个太阳质量、轨道间距为 20 个太阳半径的恒星组成的双星系统来说——这些参数来源于观测与计算机模拟——最终被解束缚的中子星在约 8–10% 的情况下会形成吸积盘。中子星的质量、半径、自转速度和磁场强度决定了中子星是否会与吸积盘发生相互作用。如果它们不发生相互作用，中子星将像传统的脉冲星一样保持快速自转；如果发生相互作用，中子星的自转将在约一百万年的时间尺度上显著减慢。当磁场强度介于 10¹³–10¹⁴ 高斯之间时，自转周期可达约数百秒；而当磁场强度更高、超过 10¹⁵ 高斯时，自转周期则可达到一天。

这项研究表明，密近双星系统可能是超长周期脉冲星的来源。卡里团队推测，银河系中可能存在10至1000颗这样的脉冲星。未来的研究将进一步探索这一可能性，考察更大的参数空间，深入了解该机制如何影响银河系中超长周期脉冲星的形成。

责任编辑：郭皓存

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