伽马射线脉冲揭示3900光年外极端毫秒脉冲星

背景

毫秒脉冲星是旋转速度极快的中子星，通常自转周期在30毫秒以下。它们大多形成于双星系统中，通过吸积伴星物质而加速自转。PSR J0435+3233于2026年由中国的五百米口径球面射电望远镜（FAST）发现，距离地球约3900光年，自转周期仅为3.2毫秒。最引人注目的是，它的自转周期导数比已知的其他毫秒脉冲星高出至少两个数量级，对应的自转减慢光度高达58.9 undecillion erg/s（约5.89×10^38 erg/s），与年轻、高能的脉冲星相当。这一极端特性使该脉冲星成为伽马射线辐射的理想候选体。

发现过程

由云南大学张梦清领导的研究团队，利用费米伽马射线空间望远镜搭载的Large Area Telescope（LAT）长达约17.7年的观测数据，在0.1–500 GeV能量范围内对PSR J0435+3233进行了详细分析。他们在距离该脉冲星射电定时位置仅0.01度处，识别出一个伽马射线源，编号为4FGL J0435.5+3232。通过折叠数据，团队检测到与脉冲星自转周期一致（3.2毫秒）的伽马射线脉冲，从而确认了该源的伽马射线脉冲性质。

特性分析

进一步的相位分析表明，伽马射线辐射高度集中在自转相位区间0.44–0.69（跨度0.25相位），而其他相位区间未检测到显著辐射。这种相位依赖性进一步证实了辐射来自脉冲星磁层。研究团队测量出PSR J0435+3233的伽马射线光度为0.626 decillion erg/s（约6.26×10^32 erg/s）。尽管其自转减慢光度极高，但伽马射线效率仅为0.00001%（即10^-5量级），远低于一般毫秒脉冲星。此外，该脉冲星表面的偶极磁场强度约为12.6×10^9高斯（约1.26×10^10高斯），远超常见毫秒脉冲星，属于强磁场毫秒脉冲星。

科学意义

• 高自转功率与低伽马射线效率的极端组合，挑战了现有脉冲星辐射模型，提示粒子加速机制、辐射束几何以及观测视角可能存在特殊配置。
• 强磁场环境与快速自转共同作用，为研究磁层中高能粒子加速和辐射过程提供了独特实验室。
• 作为首颗在如此极端参数下探测到伽马射线脉冲的毫秒脉冲星，PSR J0435+3233将推动对脉冲星演化途径和极值物理的深入理解。

结论

张梦清团队的研究建立并确认了PSR J0435+3233作为伽马射线毫秒脉冲星的身份，其极端性质提供了新的探针，用于检验毫秒脉冲星磁层中的粒子加速、辐射束和观测几何。该成果已发表于预印本服务器arXiv，并得到同行评议认可。未来，结合射电和伽马射线多波段观测，有望进一步揭示这类极端脉冲星的物理本质。

原标题：Gamma-ray pulsations reveal extreme 3.2-millisecond pulsar 3,900 light-years away。 来源：phys.org。

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