中國天眼發現脈衝星輻射新形態矮脈衝族羣

北京時間8月18日，國際科學期刊《自然·天文》發表了中國科學院國家天文台韓金林研究員領導的王綬琯巡天突擊隊的新成果，該團隊利用中國天眼FAST成功探測並解析了一批脈衝星B2111+46磁層中零星雨滴般的微弱矮脈衝輻射，這種矮脈衝輻射族羣是國際上其他射電望遠鏡難以觀測的脈衝星輻射新形態，揭示了脈衝星輻射瀕臨熄滅時，其磁層結構基本不變的物理事實。

脈衝星旋轉時一般會週期性地輻射出射電信號。然而，一些脈衝星經常會在某些週期中輻射完全熄滅，此現象被稱為“脈衝消零”。脈衝消零的可能物理原因包括：磁層結構和輻射區的變化；脈衝星感應電勢不足導致放電火花和正負電子對的級聯過程不能發生；其他磁層一些區域產生了等離子體淹沒了脈衝星的感應電場區域等。由於脈衝星輻射熄滅後，完全沒有輻射，磁層結構和物理特徵很難被探測，因此“脈衝消零”產生的物理機制一直難以確定。

FAST以超高的靈敏度解構脈衝星B2111+46每個週期的輻射，其中第237號脈衝是一個特別的矮脈衝。

該團隊在利用FAST進行脈衝星搜尋時通過仔細處理數據發現一顆已知脈衝星B2111+46在原本以為的“脈衝消零”狀態下仍然有零星闇弱且寬度很窄的脈衝，這樣的脈衝被命名為矮脈衝。之後科研人員針對這顆星進行了2小時的驗證觀測，獲取了一百多個矮脈衝，它們在脈衝強度和寬度的分佈上與正常脈衝明顯區隔，構成為一個獨立的輻射族羣。FAST具有超高靈敏度，對矮脈衝的精確偏振測量結果表明，與正常脈衝相比，矮脈衝輻射區域的磁層結構基本沒有改變，但矮脈衝中更容易在高頻波段流量變得很強。精細測量單粒子滴輻射的反轉輻射譜在過去的天文觀測中相當罕見。

脈衝星B2111+46的矮脈衝在脈衝寬度和輻射能量方面與正常脈衝明顯區隔，成為脈衝星輻射的新形態。

脈衝星B2111+46相對比較年老，已經位於脈衝星的“死亡谷”，因此“脈衝消零”很可能是由於年老脈衝星感應電勢和粒子加速能量不足引起的輻射不穩定。脈衝星正常脈衝是在穩定加速大量帶電粒子、產生大量“雷暴”粒子滴所輻射出來的，而矮脈衝則是由這顆瀕臨死亡的脈衝星在脆弱不穩定狀態下形成的一個或少數幾個粒子滴所產生的。

該團隊也在其他幾顆脈衝星的“脈衝消零”狀態中檢測到了少量矮脈衝。這種極弱輻射模式的新狀態，只有用類似FAST這種極靈敏的望遠鏡才能被探測到。

此次矮脈衝族羣的發現為研究脈衝星輻射難題研究打開了一個新窗口，對揭示脈衝星磁層物理及其極端等離子體環境具有重要的科學意義。