近日，上海天文台研究人员与国内外合作者利用“中国天眼”发现了球状星团NGC 6712中的首颗脉冲星。相关研究成果发表在《天体物理学报》(The Astrophysical Journal, ApJ)上。 

　　球状星团是由成千上万（甚至几十万）颗恒星密集汇聚而成的集团，从外围至中心其恒星密度快速增大，它因外形呈球状而得名。球状星团平均恒星密度比太阳周围高几十倍，到其中心则可以高达上千倍。因年龄老、恒星密度高、碰撞频繁，球状星团是脉冲星存在的富矿区，也一直是天文学家热衷搜寻的重要区域。至今已在36个球状星团中发现了230多颗脉冲星（约占已知脉冲星总数的7%），其中不乏各种独特性质脉冲星。 

　　NGC 6712是一个距离我们约23万光年、总质量约为10万倍太阳质量的球状星团。历史上，包括美国100米绿岸望远镜（GBT）在内的多个国际大型射电望远镜对其开展了不止一次脉冲星搜索，但是均未有成功发现。2019年，上海天文台研究人员以及国内外合作者利用 “中国天眼”（500米口径球面射电望远镜，简称FAST）调试期共担风险观测时间，通过不断努力找到了该球状星团方向上脉冲星的蛛丝马迹。 

　　根据当时所有银河系电子密度模型推算出的该脉冲星距离都比NGC 6712小7万光年以上，一个非常有趣又难以回答的问题——“新发现脉冲星是否位于NGC 6712内”摆在了研究人员的面前。 

　　为彻底解答有关疑问，研究人员后续申请更多FAST观测时间并深入研究了短轨道周期脉冲星加速搜寻、高精度计时分析等。通过对跨越447天的总量4T以上观测数据进行上万次搜寻运算、计时分析后成功测定该脉冲星自转周期、轨道周期及自转频率一阶导数分别为2.15毫秒、3.56小时和5.18×10^-16 赫兹/平方秒。因为如果缺少球状星团加速效应，则无法解释脉冲星自转频率变化率为正的观测结果，研究人员从而成功认证了此脉冲星位于NGC 6712内，它也成为球状星团NGC 6712中首颗被发现的脉冲星，并被命名为J1853–0842A。 

　　该项研究的意义不仅在于发现了球状星团NGC 6712第一颗脉冲星，还在于J1853–0842A是一颗极其稀缺的具有非同寻常双星“掩食”特性的“黑寡妇”脉冲星。就像黑寡妇蜘蛛会吃掉自己的伴侣一样，“黑寡妇”脉冲星正在“蚕食”伴星物质。对毫秒脉冲星如何从伴星吸积物质并获得加速的具体演化图景尚不清晰，“黑寡妇”脉冲星是研究有关问题的重要“活化石”。尽管天文学家已发现20颗左右具有“掩食”现象的黑寡妇脉冲星，它们的脉冲信号在“掩食”期间几乎都经历完全遮挡过程。但是，本次发现的J1853–0842A脉冲信号在“掩食”期并未被完全遮挡，只是受到了额外时间延迟。图（a）所示的为以B1957+20为代表的黑寡妇脉冲星常见的“掩食”现象计时残差，无信号区域对应完全遮挡阶段；（b）为此次新发现黑寡妇脉冲星的“掩食”现象计时残差，残差（延迟）异常增大区域对应非完全遮挡阶段。在此之前，仅发现3颗和J1853–0842A类似“掩食”现象黑寡妇脉冲星（其中1颗位于球状星团NGC 104）。 

　　完全遮挡“掩食”黑寡妇脉冲星观测只能给出伴星蒸发物中自由电子密度下限，而像J1853–0842A这样的非完全遮挡“掩食”黑寡妇脉冲星则可以给出有关自由电子更严格的限定。研究人员不仅估算出了J1853–0842A伴星蒸发物中自由电子密度约1.88×10⁶个/立方厘米，而且还指出了目前脉冲星吸积率上限约为每年3.05×10^-13太阳质量。 

　　该发现对于NGC 6712中脉冲星的进一步深入搜寻、该方向银河系电子密度模型的完善、毫秒脉冲星演化研究等均具有重要意义。 

　　来自国家天文台、美国国立天文台、西弗吉尼亚大学、国家授时中心等单位的多位研究者参与这项工作，研究成果也得到了世界科技研究新闻信息网（PHYS.org）的专栏报道。这项研究是在国家自然科学基金、中国科学院先导、国家重点研发计划、上海市自然科学基金等项目支持下完成的。FAST运行团队为高质量数据获取给予了鼎力支持。 

（a）黑寡妇脉冲星1957+20计时残差（缺失信号和时间延迟对应“掩食”期） 

（b）黑寡妇脉冲星J1853–0842A计时残差（时间延迟对应“掩食”期间，中间空白无观测）

论文链接： 

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac25eb 

科学联系人： 

闫振，中国科学院上海天文台，yanzhen@shao.ac.cn