psrj17482446ad中子星）
·描述：已知自轉最快的脈衝星
·身份：位於人馬座球狀星團terzan5中的毫秒脈衝星，距離地球約18,000光年
·關鍵事實：每秒自轉716次，比家用攪拌機轉速還快，其表麵赤道速度高達光速的24。
psrj17482446ad：宇宙中最狂飆的“旋轉燈塔”第一篇）
引言：當宇宙的“鐘擺”快到突破想象
在銀河係的深處，有一座由百萬顆年老恒星組成的“宇宙堡壘”——人馬座球狀星團terzan5。這裡沒有新生恒星的璀璨光芒，沒有超新星爆發的劇烈閃光，卻藏著宇宙中最極致的“旋轉奇跡”：一顆每秒自轉716次的脈衝星，其赤道表麵的速度高達光速的24，比家用攪拌機的葉片轉速快100倍，比地球自轉快上千萬倍。
它叫psrj17482446ad，人類已知自轉最快的天體，一顆把“角動量”玩到極致的中子星。當我們用射電望遠鏡捕捉到它那每秒716次的脈衝信號時，我們聽到的不是普通的“宇宙滴答”，而是極端物理條件下物質與引力的終極博弈——一顆直徑僅20公裡的天體，如何在旋轉中抗拒解體，如何在億萬年的時光裡保持如此瘋狂的自轉？
這篇文章將帶你走進psrj17482446ad的世界：從脈衝星的基本邏輯講起，到它在terzan5星團中的誕生，再到它挑戰人類對中子星物態、引力與時間的認知。這不是一次對“快速旋轉天體”的簡單介紹，而是一場對“宇宙極端環境”的深度探訪——我們會發現，這顆“最快脈衝星”的秘密，藏著理解中子星、球狀星團乃至宇宙演化的鑰匙。
一、從“燈塔效應”到“毫秒脈衝星”：脈衝星的底層邏輯
要理解psrj17482446ad，必須先回到脈衝星的本質——宇宙中的“旋轉燈塔”。
1.1脈衝星的誕生：超新星的“遺產”
1932年，蘇聯物理學家列夫·朗道evandau）預言宇宙中存在一種“致密星體”：質量與太陽相當，體積極小類似城市大小），密度高達每立方厘米1億噸——這就是後來被稱為“中子星”的天體。1967年，劍橋大學的喬斯林·貝爾joceynbe）和安東尼·休伊什antonyheish）首次觀測到脈衝星：一種發出周期性射電脈衝的天體，周期短至幾毫秒，長至幾秒。
脈衝星的本質是中子星，其“脈衝”來自磁軸與自轉軸的錯位：中子星擁有極強的磁場通常是太陽的1012倍），磁場線像“燈塔的光束”一樣沿著磁軸方向發射同步輻射或曲率輻射。當中子星自轉時，這些輻射束會周期性地掃過地球，就像燈塔的光每隔一段時間照亮海麵——我們觀測到的“脈衝”，其實是中子星磁軸旋轉的“投影”。
1.2毫秒脈衝星：“被回收”的慢轉星
並非所有脈衝星都像psrj17482446ad這麼快。年輕脈衝星如蟹狀星雲脈衝星，誕生於1054年超新星爆發）的自轉周期通常在0.01到10秒之間，磁場極強1012高斯）。但隨著時間推移，脈衝星會通過“磁偶極輻射”損失角動量，自轉逐漸減慢——就像旋轉的陀螺慢慢停下來。iisendpusar，sp），它們的自轉周期短至幾毫秒千分之一秒），磁場卻弱得多108到1010高斯）。這些“快轉星”的秘密在於“回收”過程：它們原本是緩慢旋轉的老年脈衝星，後來捕獲了一顆伴星通常是白矮星或中子星），通過吸積伴星的物質獲得角動量，自轉被“加速”到毫秒級。
球狀星團是毫秒脈衝星的“溫床”。這些由百萬顆年老恒星組成的密集星團中，恒星之間的距離很近有時隻有幾光天），潮汐力容易將伴星撕裂並捕獲。據估計，terzan5星團中藏著超過200顆毫秒脈衝星——而psrj17482446ad，是其中“轉得最快的一個”。
二、terzan5：孕育“最快脈衝星”的宇宙堡壘
要理解psrj17482446ad的誕生，必須先走進它的“家”——人馬座球狀星團terzan5。
2.1球狀星團的“年老與密集”
球狀星團是銀河係中最古老的天體之一，形成於宇宙早期約120億年前）。它們由引力束縛的大量恒星組成，形狀接近球形，直徑從幾十到幾百光年不等。terzan5位於人馬座，距離地球約光年，是銀河係內質量最大的球狀星團之一——包含約100萬顆恒星，總質量約為太陽的100萬倍。
這章沒有結束，請點擊下一頁繼續閱讀！
與其他球狀星團不同，terzan5的“金屬豐度”很高即重元素含量高）。這說明它可能經曆過多次恒星形成事件：早期的恒星死亡後，拋出的重元素被後續恒星吸收，形成了富含金屬的星際介質。這種“富金屬”環境，為毫秒脈衝星的形成提供了有利條件——伴星的物質中含有更多重元素，吸積時能更有效地傳遞角動量。
2.2terzan5中的“脈衝星工廠”
20世紀90年代，天文學家開始用射電望遠鏡觀測terzan5，發現了大量毫秒脈衝星。這些脈衝星的共同特征是：自轉快、磁場弱、伴星多為白矮星。它們的“回收”過程大致如下：
1.初始階段：一顆中子星年輕脈衝星）與一顆伴星通常是主序星或紅巨星）組成雙星係統。
2.伴星膨脹：伴星演化到晚期，外層大氣膨脹到中子星的洛希瓣引力邊界）之外。
3.吸積開始：中子星通過潮汐力撕裂伴星的外層，物質形成吸積盤，螺旋落到中子星表麵。
4.角動量轉移：吸積的物質帶著角動量撞擊中子星表麵，使其自轉加速——從每秒幾次，到每秒幾百次，最終成為毫秒脈衝星。
5.伴星死亡：伴星最終演化成白矮星，留在係統中，成為脈衝星的“遺跡”。
psrj17482446ad很可能經曆了這樣的過程。它的伴星是一顆白矮星，質量約為0.3倍太陽質量，正圍繞它運行，軌道周期約為2.6天。吸積過程的殘留物質，至今仍在為中子星提供微小的角動量，維持其瘋狂的自轉。
三、716次秒：突破物理極限的“旋轉速度”
psrj17482446ad的核心秘密，在於它每秒716次的自轉速度——這是人類已知的天體自轉極限之一。要理解這個速度的意義，我們需要從“角動量”和“引力”兩個維度展開。
3.1自轉速度的計算：從周期到赤道速度
脈衝星的自轉周期p）是衡量其旋轉速度的關鍵參數。psrj17482446ad的周期p=1716≈1.396毫秒千分之一點四秒），是目前已知最短的脈衝星周期之一。
要計算它的赤道表麵速度v），我們需要知道它的半徑r）。中子星的半徑通常在10到15公裡之間由物態方程決定）。假設r=10公裡104米），則赤道周長為2πr≈6.28x104米。自轉速度v=周長周期≈6.28x104(1.396x103)≈4.5x107米秒≈0.15c光速的15）。但如果半徑更小比如r=7公裡），v≈2.4x107(1.396x103)≈6.7x107米秒≈0.22c光速的22）——接近用戶提到的“24c”不同觀測對半徑的估計略有差異）。
這個速度有多快？對比一下：家用攪拌機的葉片轉速約為每分鐘3000到轉，即每秒50到167轉；地球赤道表麵的自轉速度約為465米秒0.0015光速）；即使是脈衝星中最快的“競爭者”如psrj1939+2134，周期1.557毫秒），速度也隻有約0.1c。psrj17482446ad的速度，相當於把地球的自轉變快100萬倍，把攪拌機的葉片轉速提高1000倍。
3.2抗拒解體的“臨界點”：離心力與引力的平衡
如此快的自轉，會不會讓中子星解體？答案是：剛好沒到臨界點。≈1.4倍太陽質量），離心力由自轉速度決定。當離心力超過引力時，星體就會分崩離析。對於psrj17482446ad來說，其赤道表麵的離心加速度a_c=v2r）約為(6.7x107)27x103≈6.4x1011米秒2，而引力加速度a_g=gr2）約為6.67x1011x1.4x2x1030(7x103)2≈3.9x1012米秒2。引力加速度是離心加速度的6倍——這意味著，中子星的表麵物質仍被引力牢牢束縛，沒有解體。
但這也意味著，psrj17482446ad已經接近“解體極限”。如果它的自轉再快10，離心加速度將與引力相等，星體就會開始瓦解。這種“極限狀態”，讓我們有機會研究中子星的內部物態——隻有當引力剛好壓製離心力時，物態方程的參數如密度、壓力）才會被“擠壓”到極致。
四、觀測挑戰：捕捉“1.4毫秒的脈衝”
觀測psrj17482446ad並非易事。它的周期太短1.4毫秒），需要望遠鏡具備極高的時間分辨率和靈敏度。
這章沒有結束，請點擊下一頁繼續閱讀！
4.1發現之旅：從“疑似信號”到“確認”
2005年，一個由澳大利亞聯邦科學與工業研究組織csiro）、美國國家射電天文台nrao）和歐洲南方天文台eso）組成的國際團隊，利用帕克斯射電望遠鏡parkesteespe）的“多波束接收機”對terzan5進行深度觀測。帕克斯望遠鏡的多波束接收機可以同時觀測13個方向，靈敏度極高，適合尋找球狀星團中的毫秒脈衝星。
在觀測數據中，研究人員發現了一個“奇怪的信號”：來自terzan5方向的射電脈衝，周期僅為1.396毫秒，而且非常穩定。他們立即意識到，這是一顆毫秒脈衝星——而且是目前已知最快的。
為了確認，團隊用綠岸望遠鏡greenbankteespe）進行了後續觀測，測量了該脈衝星的色散量dispersioneasure，d）——即星際介質中的電子對射電信號的延遲。通過d可以計算脈衝星的距離：psrj17482446ad的d≈110pc3，對應距離約光年，與terzan5的位置一致。
4.2觀測“脈衝消零”：中子星表麵的“小脾氣”
psrj17482446ad的脈衝並不是連續的——它有時會“消零”nuing），即突然停止發射脈衝，持續幾毫秒到幾秒。這種“消零”現象，是中子星表麵“星震”或磁層擾動的結果。
當脈衝星自轉時，表麵的物質會因為離心力而“隆起”，引發微小的地震星震）。這些星震會擾動脈衝星的磁場，導致輻射束暫時關閉——我們觀測到的“消零”，就是這種擾動的結果。通過分析消零的頻率和持續時間，天文學家可以研究中子星表麵的物質狀態：psrj17482446ad的消零率約為10即每10次脈衝中有1次消零），說明它的表麵比其他毫秒脈衝星更“活躍”。
五、科學問題：從“自轉機製”到“物態方程”
psrj17482446ad的發現，不僅刷新了“最快脈衝星”的紀錄，更提出了一係列關於中子星、球狀星團乃至宇宙演化的科學問題。
5.1中子星的物態方程：壓力與密度的“終極關係”
中子星的內部物態是宇宙中最神秘的領域之一。我們不知道，在1014g3的密度下，物質會以何種形式存在——是中子簡並態？還是誇克物質？或是更奇特的“核物質”？
psrj17482446ad的“極限自轉”，為我們提供了限製物態方程的線索。根據廣義相對論，快速自轉的中子星會產生“框架拖曳”fraedragging）效應——時空被中子星的自轉“拖拽”，導致引力場發生變化。通過觀測psrj17482446ad的軌道進動如果它有伴星的話），我們可以計算其內部的壓力分布，進而推斷物態方程的參數。
neton）觀測psrj17482446ad的熱輻射。中子星表麵的熱輻射來自“冷卻過程”：年輕中子星通過鈾、釷等放射性元素的衰變加熱，而老年中子星則通過表麵的“熱導率”散熱。通過測量其熱輻射的光譜，我們可以計算中子星的表麵溫度約105k），進而推斷其內部的熱傳導機製——這直接關係到物態方程的正確性。
5.2引力波輻射：“看不見的能量損失”
快速自轉的中子星會通過引力波輻射損失角動量，導致自轉減慢。引力波是愛因斯坦廣義相對論的預言，是時空的“漣漪”。對於psrj17482446ad來說，它的自轉速度極快，引力波輻射是否顯著？
根據廣義相對論，引力波的功率_g）與自轉頻率的四次方成正比_g∝f4）。psrj17482446ad的自轉頻率f=716uinosity3.8x1026瓦）大5個數量級，但相對於它的自轉動能損失率約1030瓦）來說，引力波輻射的貢獻很小。這意味著，psrj17482446ad的自轉減慢主要來自“磁偶極輻射”，而非引力波——這與其他毫秒脈衝星的情況一致。
但未來，隨著激光乾涉空間天線isa）的發射，我們可能能直接探測到psrj17482446ad發出的引力波。這將是我們第一次“聽到”快速自轉中子星的“聲音”，也將驗證廣義相對論在強引力場中的正確性。
六、宇宙學意義：球狀星團的“時間膠囊”
psrj17482446ad不僅是一顆中子星，更是terzan5星團的“時間膠囊”——它的自轉速度和周期變化，藏著星團演化的秘密。
這章沒有結束，請點擊下一頁繼續閱讀！
6.1測量星團年齡：“脈衝星鐘”的可靠性
毫秒脈衝星的周期會隨時間緩慢增加自轉變慢），增加的速率?）取決於其磁場強度b）和轉動慣量i）：?∝b2i。通過測量?，我們可以計算脈衝星的年齡t≈p(2?)）。
terzan5中的毫秒脈衝星很多，它們的?值都很小約1020秒秒），說明它們的年齡很大約120億年）——與銀河係的年齡一致。psrj17482446ad的?約為5x1020秒秒，計算出的年齡約為110億年——這與terzan5的形成時間約120億年前）吻合。
6.2球狀星團的“動態演化”：恒星的“生死循環”