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近日，中國科學院上海天文臺與國內外合作者利用“中國天眼”（500米口徑球面射電望遠鏡，FAST），發現了球狀星團NGC 6712中的首顆脈衝星。相關研究成果發表在《天體物理學報》（The Astrophysical Journal）上。
球狀星團是由成千上萬（甚至幾十萬）顆恆星密集匯聚而成的集團，從外圍至中心其恆星密度快速增大，因外形呈球狀而得名。球狀星團平均恆星密度比太陽周圍高几十倍，到其中心則可達上千倍。因年齡老、恆星密度高、碰撞頻繁，球狀星團是脈衝星存在的富礦區，也是天文學家熱衷搜尋的重要區域。至今，已在36個球狀星團中發現了230多顆脈衝星（約佔已知脈衝星總數的7%），其中不乏獨特性質的脈衝星。
NGC 6712是一個距離我們約23萬光年、總質量約為10萬倍太陽質量的球狀星團。2019年，上海天文臺與國內外合作者利用“中國天眼”除錯期共擔風險觀測時間，找到了該球狀星團方向上脈衝星的“蛛絲馬跡”。
根據當時所有銀河系電子密度模型推算出的該脈衝星距離都比NGC 6712小7萬光年以上，一個有趣又難以回答的問題——“新發現脈衝星是否位於NGC 6712內”擺在研究人員面前。
為解答疑問，科研人員後續申請更多的FAST觀測時間，並探索了短軌道週期脈衝星加速搜尋、高精度計時分析等。研究對跨越447天的總量4T以上觀測資料開展上萬次搜尋運算、計時分析後，測定該脈衝星自轉週期、軌道週期及自轉頻率一階導數分別為2.15毫秒、3.56小時和5.18×10-16赫茲/平方秒。由於如果缺少球狀星團加速效應，則無法解釋脈衝星自轉頻率變化率為正的觀測結果，研究從而認證了此脈衝星位於NGC 6712內，它也成為球狀星團NGC 6712中首顆被發現的脈衝星，並被命名為J1853-0842A。
J1853-0842A是一顆稀缺的具有非同尋常雙星“掩食”特性的“黑寡婦”脈衝星。如同黑寡婦蜘蛛會吃掉自己的伴侶一樣，“黑寡婦”脈衝星正在“蠶食”伴星物質。關於毫秒脈衝星如何從伴星吸積物質並獲得加速的具體演化圖景尚不清晰，“黑寡婦”脈衝星是探討相關問題的重要“活化石”。天文學家發現約有20顆具有“掩食”現象的“黑寡婦”脈衝星，它們的脈衝訊號在“掩食”期間幾乎均經歷完全遮擋過程。然而，此次發現的J1853-0842A脈衝訊號在“掩食”期未被完全遮擋，只是受到額外時間延遲。圖（a）所示的是以B1957+20為代表的“黑寡婦”脈衝星常見的“掩食”現象計時殘差，無訊號區域對應完全遮擋階段；圖（b）為此次新發現的“黑寡婦”脈衝星的“掩食”現象計時殘差，殘差（延遲）異常增大區域對應非完全遮擋階段。此前，僅發現3顆和J1853-0842A類似“掩食”現象“黑寡婦”脈衝星（其中1顆位於球狀星團NGC 104）。
完全遮擋“掩食”“黑寡婦”脈衝星觀測只能給出伴星蒸發物中自由電子密度下限，而像J1853-0842A這樣的非完全遮擋“掩食”“黑寡婦”脈衝星則可以給出有關自由電子更嚴格的限定。研究估算出J1853-0842A伴星蒸發物中自由電子密度約1.88×106個/立方厘米，並提出了目前脈衝星吸積率上限約為每年3.05×10-13太陽質量。
該發現對於NGC 6712中脈衝星的進一步搜尋、該方向銀河系電子密度模型的完善、毫秒脈衝星演化研究等具有重要意義。國家天文臺、美國國立天文臺、西弗吉尼亞大學、國家授時中心等單位參與該項研究。相關成果被世界科技研究新聞資訊網（PHYS.org）專欄報道。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃、上海市自然科學基金等的資助。此外，FAST執行團隊為高質量資料獲取提供支援。
來源：科技日報
