近日，中國科學(xué)院上海天文臺與國內(nèi)外合作者利用“中國天眼”，發(fā)現(xiàn)了球狀星團(tuán)NGC 6712中的首顆脈沖星。相關(guān)研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)報》（The Astrophysical Journal）上。 

　　球狀星團(tuán)是由成千上萬（甚至幾十萬）顆恒星密集匯聚而成的集團(tuán)，從外圍至中心其恒星密度快速增大，因外形呈球狀而得名。球狀星團(tuán)平均恒星密度比太陽周圍高幾十倍，到其中心則可達(dá)上千倍。因年齡老、恒星密度高、碰撞頻繁，球狀星團(tuán)是脈沖星存在的富礦區(qū)，也是天文學(xué)家熱衷搜尋的重要區(qū)域。至今，已在36個球狀星團(tuán)中發(fā)現(xiàn)了230多顆脈沖星（約占已知脈沖星總數(shù)的7%），其中不乏獨特性質(zhì)的脈沖星。 

　　NGC 6712是一個距離我們約23萬光年、總質(zhì)量約為10萬倍太陽質(zhì)量的球狀星團(tuán)。2019年，上海天文臺與國內(nèi)外合作者利用“中國天眼”（500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，FAST）調(diào)試期共擔(dān)風(fēng)險觀測時間，找到了該球狀星團(tuán)方向上脈沖星的“蛛絲馬跡”。 

　　根據(jù)當(dāng)時所有銀河系電子密度模型推算出的該脈沖星距離都比NGC 6712小7萬光年以上，一個有趣又難以回答的問題——“新發(fā)現(xiàn)脈沖星是否位于NGC 6712內(nèi)”擺在研究人員面前。 

　　為解答疑問，科研人員后續(xù)申請更多FAST觀測時間，并探索了短軌道周期脈沖星加速搜尋、高精度計時分析等。研究對跨越447天的總量4T以上觀測數(shù)據(jù)開展上萬次搜尋運算、計時分析后，測定該脈沖星自轉(zhuǎn)周期、軌道周期及自轉(zhuǎn)頻率一階導(dǎo)數(shù)分別為2.15毫秒、3.56小時和5.18×10^-16赫茲/平方秒。由于如果缺少球狀星團(tuán)加速效應(yīng)，則無法解釋脈沖星自轉(zhuǎn)頻率變化率為正的觀測結(jié)果，研究從而認(rèn)證了此脈沖星位于NGC 6712內(nèi)，它也成為球狀星團(tuán)NGC 6712中首顆被發(fā)現(xiàn)的脈沖星，并被命名為J1853-0842A。 

　　J1853-0842A是一顆稀缺的具有非同尋常雙星“掩食”特性的“黑寡婦”脈沖星。如同黑寡婦蜘蛛會吃掉自己的伴侶一樣，“黑寡婦”脈沖星正在“蠶食”伴星物質(zhì)。關(guān)于毫秒脈沖星如何從伴星吸積物質(zhì)并獲得加速的具體演化圖景尚不清晰，“黑寡婦”脈沖星是探討相關(guān)問題的重要“活化石”。天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)約有20顆具有“掩食”現(xiàn)象的“黑寡婦”脈沖星，它們的脈沖信號在“掩食”期間幾乎均經(jīng)歷完全遮擋過程。然而，此次發(fā)現(xiàn)的J1853-0842A脈沖信號在“掩食”期未被完全遮擋，只是受到額外時間延遲。圖（a）所示的是以B1957+20為代表的“黑寡婦”脈沖星常見的“掩食”現(xiàn)象計時殘差，無信號區(qū)域?qū)?yīng)完全遮擋階段；圖（b）為此次新發(fā)現(xiàn)的“黑寡婦”脈沖星的“掩食”現(xiàn)象計時殘差，殘差（延遲）異常增大區(qū)域?qū)?yīng)非完全遮擋階段。此前，僅發(fā)現(xiàn)3顆和J1853-0842A類似“掩食”現(xiàn)象“黑寡婦”脈沖星（其中1顆位于球狀星團(tuán)NGC 104）。 

　　完全遮擋“掩食”“黑寡婦”脈沖星觀測只能給出伴星蒸發(fā)物中自由電子密度下限，而像J1853-0842A這樣的非完全遮擋“掩食”“黑寡婦”脈沖星則可以給出有關(guān)自由電子更嚴(yán)格的限定。研究估算出J1853-0842A伴星蒸發(fā)物中自由電子密度約1.88×10⁶個/立方厘米，并提出了目前脈沖星吸積率上限約為每年3.05×10^-13太陽質(zhì)量。 

　　該發(fā)現(xiàn)對于NGC 6712中脈沖星的進(jìn)一步搜尋、該方向銀河系電子密度模型的完善、毫秒脈沖星演化研究等具有重要意義。國家天文臺、美國國立天文臺、西弗吉尼亞大學(xué)、國家授時中心等單位參與該工作。相關(guān)成果被世界科技研究新聞信息網(wǎng)（PHYS.org）專欄報道。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家重點研發(fā)計劃、上海市自然科學(xué)基金等的資助。此外，FAST運行團(tuán)隊為高質(zhì)量數(shù)據(jù)獲取提供支持。

　　 論文鏈接

（a）“黑寡婦”脈沖星1957+20計時殘差（缺失信號和時間延遲對應(yīng)“掩食”期） 

（b）“黑寡婦”脈沖星J1853-0842A計時殘差（時間延遲對應(yīng)“掩食”期間，中間空白無觀測）