費米LAT圖像顯示了來自銀河系中心平面（地圖中心）和活動星系的明亮、漫射的研究輝光作為點源。沿著平面的發(fā)現(xiàn)許多明亮的光源都是脈沖星。資料來源：NASA/DOE/費米LAT合作
（神秘的顆毫地球uux.cn）據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（作者：馬克斯·普朗克學(xué)會）：南非使用MeerKAT的研究人員發(fā)現(xiàn)了9顆毫秒脈沖星，其中大多數(shù)是秒脈罕見的，有時是沖星不尋常的雙星系統(tǒng)，這是使用一項有針對性的調(diào)查的第一個結(jié)果。一個由AEI（漢諾威）和MPIfR（波恩）做出重大貢獻(xiàn)的研究國際團(tuán)隊從NASA費米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡的觀測中選擇了79個未識別的脈沖星狀源，并用MeerKAT在無線電頻率下對其進(jìn)行了觀測。發(fā)現(xiàn)
將這種經(jīng)過測試的顆毫方法與下一代望遠(yuǎn)鏡陣列一起使用，與之前的秒脈測量相比具有顯著的優(yōu)勢。該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了九顆快速旋轉(zhuǎn)的沖星中子星，其中大多數(shù)具有不同尋常的使用性質(zhì)。他們的研究研究發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》上。
漢諾威馬克斯·普朗克引力物理研究所（阿爾伯特·愛因斯坦研究所；AEI）的發(fā)現(xiàn)小組組長、該研究的主要作者科林·克拉克表示：“我們的TRAPUM調(diào)查使用了MeerKAT，這是一種相對新的、超靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，加上專用的分析軟件，觀測了一些非常有前途的脈沖星狀源。”。“對我們努力的回報是我們可以自豪的：我們發(fā)現(xiàn)了9顆新的毫秒脈沖星，其中一些非常不尋常。”
該團(tuán)隊使用了一種經(jīng)過測試的方法來發(fā)現(xiàn)新的毫秒脈沖星。費米大面積望遠(yuǎn)鏡目錄匯編了美國國家航空航天局費米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡八年觀測的伽馬射線源。該目錄包含有關(guān)源的天空位置、伽馬射線的能量以及伽馬射線亮度隨時間的變化的信息。
克拉克解釋道：“我們使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法來確定所有與已知天體無關(guān)的費米星表源的脈沖星可能性。”。“在我們確定了費米星表中最像脈沖星的源之后，我們將目標(biāo)列表縮減為最有可能被我們的調(diào)查發(fā)現(xiàn)的源。我們用MeerKAT觀測了79個源。”
MeerKAT在南部天空提供了前所未有的靈敏度
MeerKAT是一個由64個碟形天線組成的陣列，每個天線的有效直徑為13.5米，位于南非卡魯。MeerKAT對南半球的輻射源提供了前所未有的靈敏度，能夠探測到比第二大南半球望遠(yuǎn)鏡所能探測到的輻射源微弱五倍的輻射源。
使用MeerKAT（TRAPUM）大型測量項目的TRansients和Pulsar利用這種靈敏度在天空中最有可能被發(fā)現(xiàn)的地方尋找新的脈沖星：球狀星團(tuán)、附近的星系、超新星遺跡，在這種情況下還有未經(jīng)確認(rèn)的伽馬射線源。要做到這一點，需要開發(fā)專用計算硬件，將MeerKAT天線的數(shù)據(jù)組合到一個虛擬的大型射電望遠(yuǎn)鏡中，該望遠(yuǎn)鏡可以同時觀測近500個近距離的天空位置。
此次TRAPUM對費米源的調(diào)查利用了MeerKAT提供的額外靈敏度，將觀測時間縮短至10分鐘，比之前在這些源中發(fā)現(xiàn)脈沖星所需的一小時觀測時間短得多。
短時間觀測有很多優(yōu)點：在有限的觀測時間內(nèi)可以瞄準(zhǔn)更多的來源。源可以重復(fù)觀測，這增加了觀測新射電脈沖星的機(jī)會，因為在第一次測量過程中可能無法探測到它們。TRAPUM脈沖星測量對每個源進(jìn)行了兩次觀測。分析短觀測值在計算上比分析長觀測值要求低。最后，雙星系統(tǒng)中的軌道運動會使射電脈沖星更難探測。在短的觀測時間內(nèi)，脈沖星的運動幾乎是恒定的，因此改變軌道運動的不利影響得以減輕。
除了純粹的靈敏度，MeerKAT陣列與其他單碟望遠(yuǎn)鏡相比還有一個額外的優(yōu)勢。其8公里的足跡使其能夠以極高的精度精確定位新光源的位置，從而能夠在其他波長下進(jìn)行快速跟蹤研究。
九顆新的毫秒脈沖星
在TRAPUM觀測期間獲得的大量數(shù)據(jù)中搜索脈沖星需要大量的計算能力，并且需要快速周轉(zhuǎn)以騰出存儲空間用于進(jìn)一步觀測。
“我們在一個專用計算集群中的120個圖形處理單元（GPU）上運行了專門構(gòu)建的數(shù)據(jù)分析管道，以篩選我們的MeerKAT觀測結(jié)果。我們很快找到了9個毫秒脈沖星候選者，并通過額外的MeerKAT觀測結(jié)果確認(rèn)了所有這些，”馬克斯·普朗克射電天文研究所（Max Planck Institute for Radio Astronomy）小組組長、TRAPUM項目科學(xué)家埃文·巴爾（Ewan Barr）表示。
“很好，我們還可以利用MeerKAT在密集網(wǎng)格中對天空進(jìn)行采樣的能力，利用確認(rèn)觀測來細(xì)化天空位置。這對于不同波長的后續(xù)研究來說是非常寶貴的。”
緊脈沖星-白矮星雙星
其中一個被稱為PSR J1526−2744的發(fā)現(xiàn)在之后被仔細(xì)研究。在雙星系統(tǒng)中探測到這顆射電脈沖星之后，研究人員還探測到了這顆中子星的伽馬射線脈動。利用所有可用的費米數(shù)據(jù)，他們可以精確地研究軌道運動并確定雙星系統(tǒng)的性質(zhì)。最有可能的是，這顆中子星在不到五小時的時間內(nèi)與一顆重量輕的白矮星一起繞著共同的質(zhì)心運行。這將使它成為軌道周期第二短的脈沖星-白矮星雙星系統(tǒng)。
該團(tuán)隊還從PSR J1526−2744中尋找連續(xù)的引力波。如果中子星變形，它將以其兩倍的旋轉(zhuǎn)頻率發(fā)射引力波。研究人員使用了O1、O2和O3運行中所有公開可用的高級LIGO數(shù)據(jù)。由于他們從伽馬射線觀測中準(zhǔn)確地知道了脈沖星在雙星系統(tǒng)中的運動，研究團(tuán)隊實現(xiàn)了對引力波的最大可能搜索靈敏度。
引力波
盡管該團(tuán)隊沒有從PSR J1526−2744觀測到連續(xù)的引力波，但他們可以測量中子星偏離完美軸對稱的程度。“我們現(xiàn)在知道PSR J1526−2744確實是非常對稱的。我們發(fā)現(xiàn)，中子星的赤道偏離完美的圓的距離不能超過人類頭發(fā)的寬度，”安杰納·阿肖克說，她是漢諾威AEI永久獨立的馬克斯·普朗克研究組“連續(xù)引力波”的博士生，領(lǐng)導(dǎo)了引力波搜索。
另外兩顆脈沖星，稱為PSR J1036–4353和PSR J1803–6707，是典型的“紅背”脈沖星系統(tǒng)，由中子星和伴星組成，伴星質(zhì)量至少為太陽質(zhì)量的四分之一。隨著時間的推移，這些脈沖星會蒸發(fā)并摧毀它們的同伴，因此，它們被稱為與蜘蛛同名的澳大利亞紅背蜘蛛，其雌性在交配后會吃掉雄性。
在利用MeerKAT的獨特能力快速準(zhǔn)確地定位脈沖星位置后，天文學(xué)家們在蓋亞天體測量任務(wù)的星表中找到了他們的同伴，并使用ESO新技術(shù)望遠(yuǎn)鏡上的ULTRACAM相機(jī)進(jìn)行了專門的光學(xué)觀測。此外，他們在第一次eROSITA全天巡天的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了來自PSR J1803–6707的X射線。X射線很可能來自高能脈沖星風(fēng)撞擊從伴星蒸發(fā)的物質(zhì)，是紅背系統(tǒng)的特征。
目錄中潛伏的脈沖星
很難可靠地估計潛伏在類似費米源的無關(guān)聯(lián)脈沖星中的尚未被探測到的脈沖星的數(shù)量。盡管如此，天文學(xué)家確信，未來的觀測可以發(fā)現(xiàn)更多的毫秒脈沖星。在目標(biāo)列表中，有幾個候選者很可能是脈沖星。然而，迄今為止的幾次調(diào)查都沒有發(fā)現(xiàn)無線電波或伽馬射線脈動。新的望遠(yuǎn)鏡、分析方法和反復(fù)的觀測嘗試可能有一天會揭示它們的脈沖星性質(zhì)。隨著費米觀測時間的增加，潛在的源目錄將增加，更多的脈沖星類源將出現(xiàn)并成為潛在的目標(biāo)。
克拉克說：“我們的結(jié)果，這只是TRAPUM對費米源的首次調(diào)查，已經(jīng)顯示了MeerKAT的巨大潛力。有了MeerKAT和專用軟件，我們不僅能夠發(fā)現(xiàn)，而且能夠快速準(zhǔn)確地定位新的毫秒脈沖星。”。“MeerKAT觀測極大地幫助了多波長跟蹤、目錄搜索和未來觀測，或者換句話說，幫助制作持續(xù)不斷的毫秒脈沖星禮物。”