2019年5月，使用天眼望遠(yuǎn)鏡FAST觀測數(shù)據(jù)得到的第一批科學(xué)成果正式出爐，在國際刊物《中國科學(xué)：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)（英文版）》上刊印發(fā)表，并在著名的斯普林格-自然出版集團(tuán)相關(guān)網(wǎng)站在線發(fā)表。 

　　這一批成果包括了使用FAST對三顆射電暫現(xiàn)源（J1538+2345，J1854+0306和J1913+1330）[1]、脈沖星B0919+06[2]，和脈沖星B2016+28[3]的觀測研究，以及對FAST發(fā)現(xiàn)的第一顆未知脈沖星J1900-0134發(fā)現(xiàn)過程的介紹[4]。展示了FAST高靈敏度、頻率覆蓋寬的優(yōu)勢，取得了一些新的研究成果。 

　　關(guān)于脈沖星J1900-0134的研究成果則于近日在著名的美國天文學(xué)期刊《天體物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表[5]。該成果認(rèn)為這顆脈沖星的行為挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)木馬模型”。 

　　FAST發(fā)布的第一批科學(xué)成果，都是脈！沖！星！ 

　　今天就讓作者我化身靈魂畫手，再來聊聊脈沖星。 

　　  

　　脈沖星：拿著“手電筒”旋轉(zhuǎn)跳舞的星 

脈沖星示意圖（圖片來源：作者自制） 

　　脈沖星是磁極輻射束隨自轉(zhuǎn)而周期性掃過地球的中子星。一般認(rèn)為中子星和我們的地球一樣，繞著自己的自轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)，有南北兩個磁極，且自轉(zhuǎn)軸和磁軸通常并不重合。中子星磁極處會發(fā)出強(qiáng)烈的電磁輻射。形象地說，中子星就如同一個雙手拿著強(qiáng)光手電，一邊旋轉(zhuǎn)跳舞的人。手電發(fā)出的光束會隨著中子星的自轉(zhuǎn)在宇宙中不停地掃射，如果剛好能掃過地球，那我們就稱這顆中子星為脈沖星。 

　　  

　　 脈沖星“手電筒”里裝著什么樣的“燈泡”？ 

不同的手電筒照射出不同的光斑（圖片來源：作者自制） 

　　那么問題來了，脈沖星拿著的“手電筒”是啥樣的呢？現(xiàn)實(shí)生活中的手電筒多種多樣，有單個燈泡的，也有多顆LED的。光源不同，照射出來的光斑也不一樣。所以，在我們只能看到手電筒的光，而看不到燈泡安裝情況的時候，我們可以通過光斑的樣子來推測燈泡安裝的情況。對于脈沖星來說也是這個道理。 

單個燈泡手電筒晃過我們時看到單峰形式的光度變化（圖片來源：作者自制） 

　　最簡單的例子，天文學(xué)家觀測到一些脈沖星的亮度變化是一個簡單的脈沖，或者叫單峰脈沖。于是我們可以推測這些脈沖星拿著一支只有一個“燈泡”的“手電筒”，這樣在手電的光掃過地球的過程中，人們看到的就是一個單峰脈沖。但一些脈沖星有兩個峰值。對于雙峰的情況，只有一個普通“燈泡”的說法就解釋不了了。 

環(huán)形燈泡晃過我們時會看到什么樣的光度變化呢？（圖片來源：作者自制） 

　　天文學(xué)家根據(jù)物理規(guī)律，認(rèn)為脈沖星的“手電筒”里裝的可能是一顆環(huán)形的“電燈泡”，照射出來的光斑也是環(huán)形的。這種情況下地球人會看到什么樣的一個脈沖呢？這還得分情況看。 

環(huán)形燈泡發(fā)出的光斑以不同部分晃過我們，會讓我們看到單峰或者雙峰形式的光度變化（圖片來源：作者自制） 

　　脈沖星“手電筒”投影出來的光斑是很大的，比地球大。所以一個環(huán)形的光斑，從不同的位置掃過地球的話，我們看到的亮度變化也是不一樣的。 

　　如果是光環(huán)邊緣掃過地球，那我們看到的亮度變化就只是一個單峰。 

　　如果是光環(huán)中間掃過地球，那我們就能看到先變亮、再變暗、又變亮，最后變暗這樣一個過程，對應(yīng)光度變化是雙峰的。 

　　看，這個“環(huán)形燈泡”模型能夠同時解釋為什么有些脈沖星是單峰脈沖，而有些卻是雙峰脈沖。多好的一個模型。 

　　  

　　單顆“燈泡”是不夠的 

　　然而脈沖星并沒有那么簡單。我們看到的脈沖形態(tài)（也就是上面說的光度變化的形態(tài)）不止單峰、雙峰形式，還有些脈沖星的脈沖形態(tài)是三峰、四峰或者五峰！ 

“核錐模型”（上）和“補(bǔ)丁模型”（下）示意圖（圖片來源：作者自制） 

　　天文學(xué)家再次根據(jù)物理規(guī)律，認(rèn)為脈沖星“手中的手電筒”可能是以下兩種情況之一： 

　　第一種解釋是：“手電筒”中間有一顆燈泡，再套兩圈環(huán)形燈泡。學(xué)術(shù)上稱為“核錐模型”，其中中間的“燈泡”是“核”，外面的“環(huán)狀燈泡”是“錐”。 

　　第二種解釋是：“手電筒”中散亂地安裝著多顆燈泡。因?yàn)楦蜓a(bǔ)丁似的，所以學(xué)術(shù)上稱其為“補(bǔ)丁模型”。 

　　不管我們看到的是一個還是多個峰的脈沖形態(tài)，這兩種模型都能解釋。也就是說，所有脈沖星其實(shí)都拿著一樣的“核錐手電筒”或者“補(bǔ)丁手電筒”。只是由于光束掃過地球的位置不太一樣，導(dǎo)致我們看到有些脈沖星的脈沖形態(tài)是單峰的，有些是多峰的。 

　　  

　　“燈泡”的狀態(tài)也可能發(fā)生變化 

　　然而脈沖星還是沒那么簡單！一般情況下，脈沖星“手電筒”光斑掃過地球的位置是固定的，也就是說我們看到一顆脈沖星是雙峰脈沖，那它應(yīng)該就一直是雙峰脈沖。但實(shí)際觀測發(fā)現(xiàn)，不少脈沖星的脈沖形態(tài)表現(xiàn)出規(guī)律或者不規(guī)律的變化。因?yàn)檫@些脈沖星的“燈泡”發(fā)光狀態(tài)會變。 

　　按理說，脈沖星自轉(zhuǎn)一圈，“手電筒”的光都要晃一下地球人。可是有些脈沖星喜歡時不時把“手電筒”關(guān)了。極端的脈沖星，大多數(shù)時間會關(guān)掉它的“手電筒”，僅僅偶爾開一下，導(dǎo)致人類會長時間看不到這顆脈沖星。這種極端的情況就是我們開頭說到的“射電暫現(xiàn)源”。 

　　正如我們前面說的，脈沖星“手電筒”中安裝著多顆“燈泡”。有些脈沖星“手電筒”的工作狀態(tài)不太穩(wěn)定，一會正常工作，一會部分“燈泡”突然變亮或者變暗。所以有時我們會觀測到同一顆脈沖星的脈沖形態(tài)在多種模式之間來回切換。比如某顆脈沖星正常情況下是五峰脈沖，偶爾卻有兩個峰變得很弱，幾乎成了三峰脈沖。天文學(xué)家就覺得應(yīng)該是有部分“燈泡”變暗了。 

　　不管是脈沖星“開關(guān)手電筒”還是“燈泡”工作不穩(wěn)定，都屬于是沒有規(guī)律的變化。 

　　  

　　一些脈沖星還會轉(zhuǎn)“手電筒” 

“核錐模型”與“補(bǔ)丁模型”結(jié)合產(chǎn)生更能解釋脈沖星觀測現(xiàn)象的物理模型（圖片來源：作者自制） 

　　對于一些脈沖星規(guī)律性的脈沖形態(tài)變化，天文學(xué)家表示，只要我們根據(jù)物理規(guī)律把前面的兩個模型融合一下，也能解釋。在新的模型中，“核錐模型”的“錐”不再是連續(xù)的環(huán)，而是補(bǔ)丁形式的。 

旋轉(zhuǎn)木馬模型”示意圖（圖片來源：作者自制） 

　　部分脈沖星在用“手電筒”晃地球的過程中，還不停地擰“手電筒”，讓它沿著磁軸朝一個方向旋轉(zhuǎn)。相應(yīng)地，“手電筒”的光斑也會旋轉(zhuǎn)。這樣旋轉(zhuǎn)起來的光斑，就如同游樂園的旋轉(zhuǎn)木馬一般，所以被稱為“旋轉(zhuǎn)木馬模型”。這種情況下，掃過地球的光斑是周期性變化的。人類看到的脈沖形態(tài)自然也就有了規(guī)律性的變化。 

　　然而，真的是這樣嗎？ 

　　脈沖星：其實(shí)我還有XXX現(xiàn)象 

　　天文學(xué)家：我心中波瀾不驚。不就是根據(jù)物理規(guī)律再修改下模型嗎？ 

　　吃瓜群眾：除了修改下物理模型去解釋，還能有其他方法嗎？ 

　　天文學(xué)家：要不你給我造個宇宙飛船，讓我飛到脈沖星邊上瞧瞧？ 

　　吃瓜群眾：…… 

　　  

　　天文學(xué)家對脈沖星的理解，只能是依靠觀測到的現(xiàn)象，結(jié)合已知物理規(guī)律去解釋。有些解釋可能會被后來的觀測證明是不靠譜的，會被拋棄。有些解釋能夠預(yù)言出新的觀測現(xiàn)象，并在隨后得到驗(yàn)證。這些靠譜的解釋就會被保留下來。 

　　FAST的高靈敏度，能夠幫助天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)更多脈沖星，也可以對已知脈沖星進(jìn)行更細(xì)致的觀測。這些觀測數(shù)據(jù)，有可能可以推動人們對脈沖星的理解，促進(jìn)物理模型的改進(jìn)。比如最開始說到的，FAST發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星就被一些天文學(xué)家認(rèn)為挑戰(zhàn)了“旋轉(zhuǎn)木馬模型”。 

　　目前，FAST團(tuán)隊(duì)正在與許多天文學(xué)家一道利用FAST進(jìn)行調(diào)試階段風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)觀測。預(yù)計(jì)未來FAST會有更多關(guān)于脈沖星以及其他天體的觀測研究進(jìn)展陸續(xù)公布。讓我們拭目以待吧！ 

　　  

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1] Lu J, Peng B, Liu K, et al. Study of three rotating radio transients with FAST[J]. Science China-physics Mechanics & Astronomy, 2019, 62(5). 

　　[2] Yu Y, Peng B, Liu K, et al. FAST ultra-wideband observation of abnormal emission-shift events of PSR B0919+06[J]. Science China-physics Mechanics & Astronomy, 2019, 62(5). 

　　[3] Lu J, Peng B, Xu R, et al. The radiation structure of PSR B2016+28 observed with FAST[J]. Science China-physics Mechanics & Astronomy, 2019, 62(5). 

　　[4] Qian L, Pan Z, Li D, et al. The first pulsar discovered by FAST[J]. Science China-physics Mechanics & Astronomy, 2019, 62(5). 

　　[5] Zhang L, Li D, Hobbs G, et al. PSR J1926-0652: A Pulsar with Interesting Emission Properties Discovered at FAST[J]. ApJ, 2019. 

“天眼”首批科學(xué)成果公布

圖文簡介

摘要：2019年5月，使用天眼望遠(yuǎn)鏡FAST觀測數(shù)據(jù)得到的第一批科學(xué)成果正式出爐，在國際刊物《中國科學(xué)：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)（英文版）》上刊印發(fā)表，并在著名的斯普林格-自然出版集團(tuán)相關(guān)網(wǎng)站在線發(fā)表。這一批成果包括了使用FAST對三顆射電暫現(xiàn)源、脈沖星B0919+06，和脈沖星B2016+28的觀測研究，以及對FAST發(fā)現(xiàn)的第一顆未知脈沖星J1900-0134發(fā)現(xiàn)過程的介紹。