伽马射线脉冲星的里程碑激发了创新的天体物理学和应用

海军研究实验室 (NRL) 与国际费米大面积望远镜合作组织联合，在其第三版伽马射线脉冲星目录中宣布发现了近 300 颗伽马射线脉冲星。这一里程碑是自 2008 年费米发射以来 15 周年，当时已知的伽马射线脉冲星还不到 10 颗。

NRL 高能天体物理和应用部门负责人 Paul Ray 博士表示：“我们小组多年来一直致力于这个重要目录的研究工作。” “我们的科学家和博士后已经能够发现和分析许多新发现的脉冲星的计时行为和光谱，作为我们进一步了解这些奇异恒星的一部分，我们可以将它们用作宇宙钟。”

当大质量恒星燃烧完其燃料供应并无法抵抗自身引力的向内拉力时，脉冲星就形成了。这导致恒星坍缩成一颗致密、旋转的磁化中子星。它们旋转的磁场发出伽马射线束，这是能量最高的光形式。当这些光束扫过地球时，高灵敏度的费米伽马射线望远镜可以观察到它们的周期性能量脉冲。凭借超过 15 年的数据，费米改变了脉冲星研究领域。

“我们对能够利用这些伽马射线探测到多少毫秒脉冲星 (MSP) 感到非常兴奋，”NRL 天体物理学家 Matthew Kerr 博士说。“我们能够研究这些在双星系统中最初是年轻脉冲星的物体。就像陀螺一样，它们最终会减慢速度并变得惰性。在过去的几亿年里，它们的双星伴星向它们倾倒了物质，导致它们的速度再次增加，速度非常显着，比以前快得多，将这些脉冲星“回收”成MSP。这些高速 MSP 现在已成为自然界最精确的计时器之一。”

科学家们一直在称为脉冲星计时阵列的实验中使用这些宇宙钟。通过寻找脉冲到达时间的微小偏差，科学家已经能够寻找时空的涟漪。这些涟漪被称为引力波，是当脉冲星等非常大的物体加速得非常快时产生的。非常强的引力波源表明中子星和黑洞等致密致密天体发生了灾难性碰撞。

最近，包括几位 NRL 研究人员在内的几个脉冲星计时阵列合作机构，发表了第一个令人信服的证据，证明极低频引力波可能来自超大质量黑洞的合并。“这些结果非常令人兴奋，”NRL 国家研究委员会研究员感谢 Cromartie 博士说。“这些低频引力波使我们能够窥视大质量星系的中心，并更好地了解它们是如何形成的。”

脉冲星计时阵列结果也具有重要的实际应用。时空扭曲限制了我们使用脉冲星进行关键导航和授时的精确度。在基于脉冲星的导航中，这些旋转脉冲星的作用与 GPS 卫星的作用大致相同，但我们能够在远离地球轨道的地方使用它们。“现在我们知道最终的稳定性极限在哪里，”雷博士说。

使用费米的伽马射线探测能力也对脉冲星计时阵列工作产生影响。“以前，一旦我们发现了 MSP，我们就必须将其交给射电天文学家，让他们用大型望远镜进行监测，”克尔博士说。“我们发现，费米本身足够敏感，足以限制这些引力波，并且与无线电波不同，无线电波在传播到地球时会像棱镜中的光一样弯曲，伽马射线会直接射向我们。这减少了测量中潜在的系统误差。”

对于在 NRL 工作的乔治梅森大学科学家 Megan DeCesar 博士来说，这项新工作最有趣的方面是“蜘蛛”脉冲星的急剧增加。“蜘蛛脉冲星是以吃较小同伴的蛛形纲动物命名的，”德塞萨尔说。“当中子星和它的双星伴星彼此非常接近并且MSP“回收”过程有点失控时，类似的事情就会发生。来自脉冲星的强烈辐射和粒子风侵蚀了另一颗恒星的表面，导致蒸发物质形成马勃状。”

与射电观测相比，费米特别擅长发现这些“蜘蛛”，因为在许多情况下，当脉冲星束经过伴星的残余物时，无线电波会被遮蔽。然而，伽马射线能够直接穿过。德塞萨尔说：“虽然蜘蛛系统本质上在伽马射线中也可能更亮，但研究它们将有助于我们了解它们的起源以及我们利用费米所取得的丰富发现。”

第三期伽马射线脉冲星目录发表在《天体物理学杂志》增刊上。伽马射线脉冲星最新信息的汇编及其一致的形式对科学界来说是无价的。

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