中國天眼重磅發現：捕捉到脈沖星的消零！一文了解這次到底多厲害

在浩瀚宇宙中，脈沖星常被譽為宇宙燈塔，它靠著穩定自轉精準的向宇宙發射周期性射電信號。

但有一類特殊脈沖星卻像神秘的信號幽靈，它們絕大多數時間都在宇宙中保持沉默，只是會偶爾蹦出幾個幾毫秒長的微弱脈沖，這被稱為旋轉射電瞬變源（RRAT）。

這類天體最早在2006年被首次發現，截至目前天文學家僅發現了150多顆，我們對它們的本質和演化始終缺乏完整的認知。

而最近，我國天文學家借助天眼FAST，揭開了這類幽靈天體的核心秘密，找到了從消零脈沖星向旋轉射電瞬變源演化的關鍵中間態樣本。

（消零脈沖星是普通脈沖星中一類會突然斷更輻射的特殊一類，可以把正常脈沖星理解成宇宙里持續亮燈的旋轉燈塔，每轉一圈就穩定向地球掃過一次射電信號；而消零脈沖星，就是這座燈塔會毫無征兆地突然熄滅，持續幾個自轉周期、幾小時甚至幾天后，又突然恢復正常發光，這種亮-滅-亮的切換行為，就叫脈沖消零。）

相關研究已于26年3月25日發表在預印本平臺。

這次研究的主角是編號為RRAT J1541+4703的天體，2023年由加拿大CHIME望遠鏡首次發現。

此前天文學家僅能確定它的基礎參數：自轉一周約0.2777秒，特征年齡約2100萬年，比典型脈沖星更年老；表面磁場強度高達2440億高斯，遠超普通脈沖星。

但受限于望遠鏡的靈敏度，此前79小時的觀測僅捕捉到639個脈沖，平均每小時僅能記錄到約8個信號，它更多的輻射細節始終藏在宇宙背景噪音里。

為了看清這個幽靈天體的真面目，貴州師范大學領銜的科研團隊，用FAST在1250MHz中心頻段對它開展了7次精準觀測，最長一次連續觀測時長達到130分鐘。

靠著FAST超高的探測靈敏度，團隊終于捕捉到了它前所未見的輻射細節，刷新了天文學家對這類天體的認知。

最核心的發現是這個天體有著截然不同的雙重輻射人格。

科研團隊確認，它約98%的時間都處于典型的旋轉射電瞬變源（RRAT）幽靈模式：RRAT狀態下的空脈沖占比超過95%，最高可達99.8%，相當于1000次自轉里，僅有2次能發出可探測的窄脈沖，其余時間完全沉默。

而剩下2%的時間里，它會突然切換成普通脈沖星的燈塔模式，連續、穩定地發出更寬更強的脈沖。

這種活躍狀態最短僅持續21個自轉周期，最長也只有170個周期，就像沉睡的燈塔短暫點亮，又迅速歸于沉寂，同時正常脈沖星狀態下也存在明顯的消零行為。

更關鍵的是，這兩種模式的輻射來自完全不同的物理環境。

科研團隊發現，兩種狀態的積分脈沖輪廓、偏振特性存在顯著差異：RRAT狀態的脈沖更窄，峰值集中在脈沖輪廓的尾部。

而燈塔模式的脈沖更寬，峰值分布在整個輻射窗口，兩種狀態的平均偏振角相差90度。

這說明，它們的輻射來自中子星磁層中完全不同的發射高度和結構，對應著兩套截然不同的磁層物理過程。

不僅如此，在短暫的燈塔模式里，它還存在獨特的模式切換行為，會在正常模式和異常模式之間反復轉換。

統計結果顯示，正常脈沖星狀態中，該天體約44%的時間處于正常模式，脈沖的前向峰值非常突出；約39%的時間處于異常模式，前向峰值幾乎完全消失。

而且這種異常模式絕大多數都出現在正常脈沖星狀態的起始和結束階段，就像它切換輻射狀態時，信號會先卡頓一下再進入穩定發光，結束前又再次卡頓，才回歸沉默的幽靈狀態。

這次觀測還有個重磅收獲：靠著FAST的超高靈敏度，團隊在觀測中最高每小時捕捉到了589個脈沖，是此前觀測值的近74倍，這也讓它成為目前已知脈沖率最高的旋轉射電瞬變源。

這一結果同時說明，此前大量旋轉射電瞬變源的脈沖數量被嚴重低估，很多看似沉默的自轉周期里，其實藏著傳統望遠鏡無法捕捉的微弱脈沖。

在天文學界，一直有一個核心猜想：旋轉射電瞬變源本質上是脈沖星的晚年形態。

隨著脈沖星逐漸衰老，磁層內的粒子對產生過程越來越不穩定，脈沖的消零占比越來越高，最終從穩定的消零脈沖星，演變為幾乎完全沉默的旋轉射電瞬變源。

而RRAT J1541+4703，剛好卡在這個演化的關鍵節點上，它既能穩定發出普通脈沖星的連續信號，又在絕大多數時間處于旋轉射電瞬變源狀態，完美印證了這個演化猜想；而它的異常模式，很可能就是從正常脈沖星狀態向旋轉射電瞬變源狀態過渡的臨界中間階段。

值得一提的是，這項研究還有一個挑戰現有理論的發現：按照傳統演化模型，高消零占比的旋轉射電瞬變源應該處于脈沖星死亡谷區域，但RRAT J1541+4703卻位于死亡谷之外，這讓天文學家不得不重新審視脈沖星的晚年演化路徑。

這次發現，不僅補上了消零脈沖星向旋轉射電瞬變源演化鏈條上的關鍵一環，也讓我們對中子星磁層的極端物理過程有了全新認知，而這，正是我國天眼不斷帶給我們的宇宙驚喜。