科学家在中子星周期跃变研究中获进展

近日，中国科学院近代物理研究所科研人员与厦门大学合作者在中子星周期跃变研究中取得进展，相关成果发表于天体物理期刊《天体物理学杂志》。

中子星是现代天体物理学的一个经典研究主题，它的发现源于其周期性的脉冲信号，因此也称为脉冲星。脉冲星的表面磁场类似于磁偶极子，在自转过程中，会因向外辐射能量而损失能量，从而其自转频率减小。然而在自转减慢的过程中，频率会突然增加，再经历数天或数月恢复，这一现象就是中子星的周期跃变现象（glitch现象）。

中子星的周期跃变观测提供了一种独特的方式来探测中子星的内部结构与动力学演化。当前主流观点认为glitch现象是由中子星内部的超流体引起的。在简化的两分量模型中，超流涡旋被钉扎在壳层的原子核晶格上，不随星体自转减慢，允许存储角动量，当达到一定条件时，储存的角动量会快速释放，对应周期跃变现象。这种超流体与其余部分解耦和重新耦合过程分别对应观测的跃变和恢复。

研究人员基于微观方法Brueckner和相对论Brueckner多体理论方法，以现实核力为基本输入，对中子星物质进行第一性原理计算，获得了物态方程（包括质子丰度与压强能量的密度依赖关系）。

通过得到的物态对星体结构进行描述，并结合两分量模型研究了船帆座（Vela）脉冲星2000年跃变的跃变幅度和跃变约1分钟后的短期恢复观测数据，研究人员发现，跃变观测支持船帆座脉冲星是一颗小质量的中子星，典型半径约为12.5千米，且中子的超流能隙受核介质的极化程度影响较大。

未来，高精度观测装置（如FAST、HXMT、SKA）对脉冲星的计时观测将提供更多信息，将进一步帮助人们深入研究脉冲星结构和验证跃变理论，并对两分量模型及核物质高密物态进行一定的约束。

该研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项（B类）、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。