脈沖星是大質(zhì)量恒星死亡后的殘骸，是宇宙中密度最高、磁場最強(qiáng)、自轉(zhuǎn)最快、相對論效應(yīng)顯著的一類奇異天體，是研究宇宙極端環(huán)境中物理規(guī)律的理想“實驗室”。脈沖星長期以來都是天文和物理的前沿研究領(lǐng)域，涉及引力波探測、精確驗證廣義相對論、限制極端物理條件下的物態(tài)方程、高精度時空基準(zhǔn)建立等重要基本問題。

　　自1968年脈沖星被發(fā)現(xiàn)至今50余年，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3000多顆脈沖星，隨著發(fā)現(xiàn)數(shù)量的增加，一些特殊種類的脈沖星開始進(jìn)入人們的視線。自2018年500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）建成并開始進(jìn)入到調(diào)試階段，中國科學(xué)家利用該裝置實現(xiàn)了脈沖星發(fā)現(xiàn)零的突破，目前已發(fā)現(xiàn)了數(shù)百顆新的脈沖星，其中也不乏一些特殊的種類。

　　毫秒脈沖星

　　目前已知的毫秒脈沖星約有400多顆，只占已發(fā)現(xiàn)脈沖星的約十分之一。正常脈沖星的自轉(zhuǎn)周期大概在0.1秒到幾秒左右，而毫秒脈沖星的自轉(zhuǎn)周期在30毫秒以下。毫秒脈沖星與正常脈沖星形成歷史也不一樣。正常脈沖星通常相對年輕，年齡不到幾百萬年。毫秒脈沖星是一種非常古老，甚至可能是已經(jīng)死亡的脈沖星，它在密近雙星系統(tǒng)中通過吸積質(zhì)量獲得角動量使自轉(zhuǎn)周期達(dá)到毫秒量級。目前的觀測事實是超過三分之二的已知毫秒脈沖星在雙星系統(tǒng)中。

　　毫秒脈沖星有著廣泛的應(yīng)用，最顯著的是用于引力理論的檢驗。脈沖星周期具有長期穩(wěn)定性，特別是毫秒脈沖星可以與地球上最好的原子鐘相媲美。這些高度穩(wěn)定的“時鐘”分散在我們的銀河系中，遠(yuǎn)離嘈雜的地球的擾動，對這些毫秒脈沖星的測時觀測可以探測來自遙遠(yuǎn)星系的低頻引力波，還可用于建立脈沖星時間和空間基準(zhǔn)，對引力理論進(jìn)行最嚴(yán)格的檢驗。

　　2021年5月，在GPPS（銀道面脈沖星快照巡天）計劃的第一批結(jié)果中就發(fā)現(xiàn)了40顆毫秒脈沖星，將已知毫秒脈沖星的數(shù)量增加了近10%。目前GPPS發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星數(shù)目已經(jīng)超過80顆，其中J1828+0021的自轉(zhuǎn)周期僅1.47毫秒，是目前已發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星中自轉(zhuǎn)周期第三短的。

　　脈沖雙星

　　1974年，在美國馬薩諸塞大學(xué)物理和天文系從事脈沖星巡天工作的拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒發(fā)現(xiàn)了射電脈沖星J1913+16，由觀測到的脈沖星的視向速度曲線證明它與另一顆致密星組成一個雙星系統(tǒng)，故將其稱為脈沖雙星。愛因斯坦預(yù)言雙星繞轉(zhuǎn)會產(chǎn)生引力波，從而導(dǎo)致雙星軌道變短。赫爾斯和泰勒通過對J1913+16進(jìn)行長期的脈沖到達(dá)時間監(jiān)測完美的證實了這一現(xiàn)象，提供了第一個無可辯駁的證據(jù)證明了引力波的存在。1993年，赫爾斯和泰勒因為此項工作獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

　　目前科學(xué)家一直在尋找軌道周期更短、相對論效應(yīng)更顯著的脈沖雙星系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以更加精確地限制引力理論。在GPPS的第一批成果中至少有14顆毫秒脈沖星位于密近雙星系統(tǒng)中。

　　超高色散脈沖星

　　脈沖星不同頻率的脈沖信號到達(dá)時間并不一樣，高頻到的早些，低頻到的晚些，這種現(xiàn)象被稱為脈沖星的色散。有一些特殊的脈沖星具有非常高的色散。這種色散現(xiàn)象究其原因，是因為星際介質(zhì)中的熱電子導(dǎo)致不同頻率電磁波的傳播速度不一樣。因此對脈沖星色散的測量，可以反推出在其傳播路徑上電子密度的高低。

　　在GPPS巡天結(jié)果中，有11顆新發(fā)現(xiàn)脈沖星的色散量非常高，如果利用銀河系電子密度模型估算脈沖星距離，這些脈沖星應(yīng)該在銀河之外。這說明在這些脈沖星所在的方向上銀河系電子密度可能被嚴(yán)重低估了，這對目前通用的銀河系電子密度模型提出了挑戰(zhàn)。

　　模式變換脈沖星與消零脈沖星

　　脈沖星的脈沖輪廓會發(fā)生各種形狀扭曲。在上世紀(jì)70年代，人們發(fā)現(xiàn)脈沖星PSR B1237+25的脈沖輪廓的變化時間更為持久，會從一個準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，然后過一段時間又突然返回到原來的狀態(tài)。這些不同的狀態(tài)可以持續(xù)幾個脈沖周期到幾個月，這顯然與“閃爍”現(xiàn)象不同，于是這類脈沖星被稱為模式變換脈沖星。消零脈沖星是模式變換脈沖星中的一個特殊類型，它的脈沖輪廓會突然消失，之后又突然出現(xiàn)，有些神秘莫測。

　　王 陳 韓金林（據(jù)中國國家天文公眾號）