1.2 极限自转的“临界点”:离心力与引力的“拔河”
pSR J1748-2446ad的赤道速度达光速24%,此时离心加速度(6.4x1011 \/s2)是引力加速度(3.9x1012 \/s2)的1\/6,刚好未达解体极限。最新广义相对论数值模拟显示:
若自转周期再缩短0.1毫秒(至1.3毫秒),离心力将与引力持平,表面物质开始飞离;
维持当前速度需要内部压力至少是核物质密度(101? g\/3)下理想气体压力的3倍——这意味着中子星内部可能存在超流中子或夸克物质,以更高压力抵抗离心力。
二、伴星的“牺牲”与双星系统的“进化”:白矮星的命运
pSR J1748-2446ad的伴星是颗0.3倍太阳质量的白矮星,轨道周期2.6天。这对双星的互动,是球状星团恒星演化的“微观样本”。
2.1 潮汐锁定:伴星的“同步旋转”
因轨道极近(半长轴1.8x10?公里,仅为日地距离12%),白矮星被中子星潮汐力锁定——自转周期与轨道周期一致(2.6天)。它始终以同一面朝向中子星,表面因潮汐加热升温至10? K(普通白矮星仅103 K),缓慢蒸发的星风部分被中子星重新吸积,形成“吸积-蒸发”循环。
2.2 轨道演化:角动量的“悄悄转移”
通过脉冲到达时间延迟观测,天文学家发现pSR J1748-2446ad的轨道周期每年缩小1x10?1?秒。这意味着中子星通过吸积伴星物质,持续获得角动量,同时将部分角动量传递给白矮星,使轨道更紧凑。这种“进化”最终可能导致白矮星被吞噬,或两者合并为中子星\/黑洞——但过程需101?年,远超宇宙当前年龄(138亿年)。
三、x射线与引力波的“探测密码”:最新观测的突破
要理解pSR J1748-2446ad,必须依赖多波段观测——x射线揭示表面温度与热辐射机制,引力波则“触摸”内部结构。
3.1 x射线热辐射:“冷却中的中子星”
2019年,钱德拉x射线天文台捕捉到它的热辐射谱——近似黑体辐射,峰值对应表面温度约1.2x10? K(12万摄氏度),比普通毫秒脉冲星(5x10? K)更高。这种“慢冷却”指向两种可能:
超流中子的“保温”:内部中子形成超流体(无粘滞量子流体),热导率极低,阻止热量向表面传递;
夸克物质的“高热容”:若存在夸克物质,其热容更高,能储存更多热量。
无论哪种情况,都证明中子星内部存在奇异物态——这是我们要找的“中子星密码”。
3.2 引力波的“缺席”与“期待”:LIGo的“倾听”
快速自转的中子星会辐射连续引力波(频率716 hz),但LIGo至今未捕捉到信号。可能原因:
引力波功率太小(约1031瓦,低于LIGo阈值1033瓦);
自转轴与磁轴对齐,辐射减弱。
未来空间引力波探测器LISA(2035年发射)可能改变局面。LISA灵敏度更高,若能探测到pSR J1748-2446ad的引力波,我们将:
直接测量它的转动惯量,验证物态方程;
探测表面“山脉”(微小隆起),了解其弹性性质。
四、物态方程的“紧箍咒”:中子星内部的“物质谜题”
中子星核心密度达101? g\/3(原子核密度10倍),物质可能是超流中子、夸克物质或超子物质。pSR J1748-2446ad的“快转+高温”特性,为约束物态提供了“双重标准”:
4.1 超流中子的“间隙”:热导率的关键
超流中子的“能隙”(激发态与基态能量差)决定热导率。pSR J1748-2446ad的慢冷却,说明超流中子能隙较小——与弱相互作用理论预测一致,支持内部存在超流中子。
4.2 夸克物质的“可能性”:密度与压力的平衡
若存在夸克物质,其密度更高(101? g\/3),压力更大,能更好抵抗离心力。尽管尚无直接证据,但pSR J1748-2446ad的快转,为夸克物质的存在提供了“间接支持”——若核物质压力不足,夸克物质可能是维持高速自转的唯一途径。
五、宇宙学的“时间胶囊”:球状星团的“演化见证”
terzan 5是银河系最古老的球状星团之一(120亿年历史),pSR J1748-2446ad是它“脉冲星工厂”的最佳证明:
5.1 恒星形成的“多轮循环”
terzan 5金属丰度高,经历过多次恒星形成:早期恒星死亡抛出重元素,形成富金属星际介质,促进双星系统形成——这是毫秒脉冲星“回收”的前提。
5.2 中子星的“种群统计”
terzan 5有200多颗毫秒脉冲星,周期从1到10毫秒不等。通过统计它们的特性,我们能重建星团历史:
120亿年前:星团形成,第一批恒星诞生;
100亿年前:大质量恒星死亡,形成中子星;
50亿年前:中子星捕获伴星,成为毫秒脉冲星;
今天:pSR J1748-2446ad是最极端的“幸存者”。
结语:当我们凝视“最快脉冲星”时,我们在凝视宇宙的本质
pSR J1748-2446ad不是一颗冰冷的天体——它是中子星物态的“测试仪”、双星演化的“显微镜”、球状星团历史的“时间胶囊”。它的每一次旋转,都在诉说:
宇宙极端环境中,物质能以何等奇特的方式存在;
引力与时间的博弈,能创造何等“宇宙奇迹”;
人类的好奇心,能触及多远的宇宙边界。
最新观测仍在继续:dra的x射线数据积累,LISA即将发射,引力波探测灵敏度提升。未来,我们或将揭开它的内部是否有夸克物质、伴星最终命运等谜题。
但无论答案如何,pSR J1748-2446ad已完成使命——它让我们看到宇宙的“极致之美”,更让我们敬畏这个充满未知的世界。
当我们最后一次凝视这颗“最快脉冲星”时,听到的不仅是宇宙的心跳,更是科学的心跳——永不停止,永远向前。
附记:本文所有研究基于当前主流观测与理论。科学魅力在于“永远有新谜题”,期待未来技术突破,为我们解锁更多宇宙秘密。