近日，中國科學(xué)院國家天文臺500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）首次發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星得到國際認(rèn)證，這是 FAST 繼發(fā)現(xiàn)脈沖星之后的另一重要成果。這顆毫秒脈沖星J0318+0253的周期為5.19毫秒。?

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　　圖1 新發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星 PSR J0318+0253 位置和積分脈沖輪廓。（左圖）PSR J0318+0253所在伽馬射線巡天圖像的位置；（右圖a）FAST 一小時跟蹤觀測獲得的射電波段積分脈沖輪廓；（右圖b）折疊 Fermi-LAT 累積9年數(shù)據(jù)所獲得的伽馬光子積分脈沖輪廓。?

　　啥是毫秒脈沖星？FAST之前找到的脈沖星又是啥？究竟還有多少我們不知道的脈沖星？?

　　不了解脈沖星？戳這里補課：中國人第一次用自己的望遠鏡找到新脈沖星！FAST首秀實力不俗！

三類脈沖星 到底如何劃分？?

　　望遠鏡對準(zhǔn)脈沖星進行觀測，往往能收到周期性的脈沖信號。這也正是脈沖星名字的由來。而這個周期，就是脈沖星一個重要觀測參數(shù)。有人可能要搶答了：毫秒脈沖星就是周期是毫秒量級的脈沖星。然而，事情并沒有那么簡單。?

　　故事還是要從脈沖星的分類講起。雖然脈沖星的分類和它的周期有關(guān)，但并不只是單單依據(jù)周期進行“一刀切”，而還要看周期變化率。?

　　我們觀測到的脈沖星信號，雖然在短時間內(nèi)周期幾乎看不出變化，但如果分析長時間的觀測數(shù)據(jù)就會發(fā)現(xiàn)，它們的周期是會變化的。而周期變化的快慢，即周期變化率，也是脈沖星一個重要的觀測量。?

　　如果以脈沖星的周期為橫軸，周期變化率為縱軸，在二維圖上點出已知的脈沖星，那么將得到以下這么一張神奇的關(guān)系圖。

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　　圖2 脈沖星“周期/周期變化率”關(guān)系圖。注意圖中橫軸使用了對數(shù)坐標(biāo)，縱軸雖然是線性坐標(biāo)，但數(shù)值是取對數(shù)之后的。圖片來自《脈沖星天文學(xué)》（英文）一書。

　　大家可以看到，圖上的標(biāo)記大致分成了三塊。?

• 中間主要由黑色點組成的一塊數(shù)量最多，我們有時統(tǒng)稱其為“正常脈沖星”，周期大概在0.5秒左右。周期變化率則說明每隔一秒這些脈沖星的周期就會縮短大概10的-15次方秒。?
• 右上角有少量空心三角形抱團。觀測表明這些脈沖星的磁場比較強大，所以我們稱它們?yōu)椤?strong>磁星”。磁星的周期比正常脈沖星要長一些，周期更不穩(wěn)定（周期變化率更大）。?
• 左下角主要由帶圓圈黑點組成的一坨，就是今天的主角——毫秒脈沖星。這些脈沖星的周期大部分在10毫秒以下，同時它們的周期變化率比正常脈沖星小了約十萬倍。?

毫秒脈沖星是從正常脈沖星變來的？！?

　　從上圖可以看到，如果單純以周期“一刀切”，那么有一小部分的正常脈沖星（主要是正常脈沖星左上角部分）也會被劃分到毫秒脈沖星里面。?

　　覺得文字看的暈的直接看下圖。?

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　　圖3 三類脈沖星分布示意圖。

　　為啥要在意小部分正常脈沖星是否被錯誤地劃分到毫秒脈沖星里面呢？?

　　因為這兩者的性質(zhì)不一樣??！?

　　我們看到，圖上用了不用的符號來表示脈沖星。不用的符號代表了對應(yīng)的脈沖星帶有附加屬性。帶圓圈黑點是處于雙星系統(tǒng)中的脈沖星；五角星是和超新星遺跡挨在一起的脈沖星；空心三角是伽馬或X射線觀測到的脈沖星；實心三角是在射電波段沒有輻射的脈沖星。?

　　這里只說說其中的兩類：雙星系統(tǒng)中的脈沖星，及與超新星遺跡一起的脈沖星。?

　　仔細觀察脈沖星“周期/周期變化率”關(guān)系圖，我們會發(fā)現(xiàn)那些與超新星遺跡在一起的脈沖星（五角星）都集中在正常脈沖星左上角。脈沖星誕生于超新星爆炸，而超新星遺跡就是爆炸遺留下來的氣體。著名的蟹狀星云就是一個超新星爆炸遺跡，而星云中間還有一顆著名的脈沖星，即蟹狀星云脈沖星。?

　　為啥只有這么少量的脈沖星是待在超新星遺跡邊上的？答案是：這些都是些年輕的脈沖星。而當(dāng)脈沖星“長大”（這里只是表示年齡變大，不是指體積、質(zhì)量變大）之后，就會離開“襁褓”了。一個著名的例子是吉他星云及其中的脈沖星。

　　圖4 編輯自海爾望遠鏡于1992年拍攝的吉他星云圖片。

　　在吉他星云“琴頭”部位里藏有一顆脈沖星。一般認(rèn)為，這次超新星爆炸得不太均勻，使原本生成于“琴腹”中的脈沖星被炸飛了出去，慢慢地拉出現(xiàn)在看到類似吉他的星云形狀。由于這顆脈沖星被炸飛出去的速度很快，現(xiàn)在正以大約1600公里每秒的速度遠離星云，所以如果每隔幾年去拍一張照片，能看出星云明顯被拉得更長了。?

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　　圖5 哈勃望遠鏡于不同年份拍攝的吉他星云，能明顯看出星云變長了。注意，圖中背景恒星的位置是相對固定的，只有星云形狀變化。

　　所以，隨著時間的推移，很多脈沖星就遠離了其原本所在的超新星遺跡。此外，根據(jù)能量守恒我們知道，脈沖星不可能一直輻射能量而不損失能量。脈沖星損失的正是它的自轉(zhuǎn)動能。這將導(dǎo)致它的周期逐漸變短，進而慢慢落入到正常脈沖星那一大團黑點里面了。?

　　如果故事繼續(xù)發(fā)展下去，脈沖星的自轉(zhuǎn)能量進一步損失，那它在“周期/周期變化率”關(guān)系圖中的位置就會慢慢往右下角移動，最終進入右下角灰色三角區(qū)域——脈沖星“墳?zāi)埂眳^(qū)。進入墳?zāi)怪?，脈沖星的輻射會變得時有時無，最終進入墳?zāi)埂八廊ァ?，不再發(fā)出輻射。不過“墳?zāi)埂眳^(qū)僅僅只是理論研究結(jié)果，實際上也有“僵尸”脈沖星存在（處在墳?zāi)怪械匀话l(fā)出信號）。?

　　FAST此前發(fā)現(xiàn)的脈沖星，都屬于“正常脈沖星”。其中有一顆比較靠近“墳?zāi)埂保椛鋾r有時無，很多時候探測不到它的信號了。?

　　有一部分脈沖星比較幸運，它們邊上有另外一顆恒星。這就是雙星中的脈沖星。這些脈沖星，當(dāng)距離邊上的恒星足夠近時，可以通過吸收對方的物質(zhì)來“抵抗衰老”。在吸收物質(zhì)的過程中，這些脈沖星的自轉(zhuǎn)速度會越來越快，脈沖信號的周期隨著變短。它們的周期變化率也會變小，即周期更加穩(wěn)定。它們就這樣靠著他星的能量，慢慢地從“正常脈沖星”那一堆分布中朝左下角移動，最終成為一顆毫秒脈沖星。?

　　我知道大家看字又要看暈了，請看下圖總結(jié)：

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　　圖6 正常情況下，脈沖星大致沿著帶箭頭紅色實線生老病死。小部分脈沖星靠著吸積伴星物質(zhì)，沿著帶箭頭紅色虛線發(fā)育成毫秒脈沖星。

　　脈沖星的分類，最終還和它們的演化階段有關(guān)系。這也是為什么我們說不能單靠周期來劃分脈沖星類型的原因之一。?

　　所以回到題目，這次發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星究竟是個啥？?

　　答：是一類依靠吸積伴星物質(zhì)加速成為周期又短又穩(wěn)定的脈沖星。?

　　呵~科學(xué)家們還真是嚴(yán)格呢！