科學家在中子星周期躍變研究中獲進展

近日，中國科學院近代物理研究所科研人員與廈門大學合作者在中子星周期躍變研究中取得進展，相關成果發表于天體物理期刊《天體物理學雜志》。

中子星是現代天體物理學的一個經典研究主題，它的發現源于其周期性的脈沖信號，因此也稱為脈沖星。脈沖星的表面磁場類似于磁偶極子，在自轉過程中，會因向外輻射能量而損失能量，從而其自轉頻率減小。然而在自轉減慢的過程中，頻率會突然增加，再經歷數天或數月恢復，這一現象就是中子星的周期躍變現象（glitch現象）。

中子星的周期躍變觀測提供了一種獨特的方式來探測中子星的內部結構與動力學演化。當前主流觀點認為glitch現象是由中子星內部的超流體引起的。在簡化的兩分量模型中，超流渦旋被釘扎在殼層的原子核晶格上，不隨星體自轉減慢，允許存儲角動量，當達到一定條件時，儲存的角動量會快速釋放，對應周期躍變現象。這種超流體與其余部分解耦和重新耦合過程分別對應觀測的躍變和恢復。

研究人員基于微觀方法Brueckner和相對論Brueckner多體理論方法，以現實核力為基本輸入，對中子星物質進行第一性原理計算，獲得了物態方程（包括質子豐度與壓強能量的密度依賴關系）。

通過得到的物態對星體結構進行描述，并結合兩分量模型研究了船帆座（Vela）脈沖星2000年躍變的躍變幅度和躍變約1分鐘后的短期恢復觀測數據，研究人員發現，躍變觀測支持船帆座脈沖星是一顆小質量的中子星，典型半徑約為12.5千米，且中子的超流能隙受核介質的極化程度影響較大。

未來，高精度觀測裝置（如FAST、HXMT、SKA）對脈沖星的計時觀測將提供更多信息，將進一步幫助人們深入研究脈沖星結構和驗證躍變理論，并對兩分量模型及核物質高密物態進行一定的約束。

該研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項（B類）、中國科學院青年創新促進會等項目的支持。