安静脉冲星突然爆发：15年观测发现三次自转突变

脉冲星的自转突变之谜

脉冲星是快速自转的中子星，其规律射电脉冲如同宇宙灯塔。部分脉冲星会突然加快自转，这种现象被称为“自转突变”（glitch）。年轻脉冲星更易发生此类事件，但原因尚不完全清楚。主流理论认为，突变源于中子星内部超流体与固态外壳之间的角动量突然转移——超流体中子层在特定条件下“挣脱”束缚，将角动量瞬间传递给外壳，导致自转骤升。

PSR J1637−4642：从沉寂到活跃

PSR J1637−4642是一颗仅4.1万岁的年轻脉冲星，自转周期约154毫秒。自2002年发现以来，它一直表现“安静”，从未观测到任何突变。然而，厦门大学王兆一领导的团队在分析帕克斯射电望远镜（又称穆里扬望远镜）2009年至2024年的数据后，发现这颗脉冲星其实“暗藏玄机”。

三次突变的时间线

团队检测到三次明显的自转突变：

• 第一次发生在2018年左右，频率突然增加约17.54微赫兹，相对变化达2.7 ppm，是三次中最强的一次。
• 第二次约三年后出现，频率变化极小，仅14纳赫兹。
• 第三次在第二次之后约2.7年，频率增加约179纳赫兹，强度居中。

这三次突变打破了脉冲星长达十年的“平静期”，表明即使看似安静的年轻脉冲星也可能积累大量内部应力，最终突然释放。

弛豫过程与超流体证据

第一次突变后，脉冲星并未立即稳定在全新转速，而是经历了一个缓慢的弛豫过程。模型拟合显示，该弛豫时间尺度约为102天，且约1.9%的中子星转动惯量参与了这一过程——这部分恰好对应内核超流体层。这为“超流体角动量转移”理论提供了量化证据：超流体中子层在突变瞬间将角动量传给外壳，之后系统逐渐恢复平衡。

对脉冲星研究的启示

这项发现挑战了“宁静脉冲星即无突变”的传统认知。研究团队在论文中写道：“PSR J1637−4642加入了一个正在壮大的年轻脉冲星群体——它们在长时间沉寂后突然展现出大型突变。”这表明脉冲星内部可能存在长期应力积累机制，而突变则是周期性释放过程。

观测方法与数据来源

帕克斯射电望远镜位于澳大利亚，长期用于脉冲星监测。研究团队使用了2009年2月至2024年10月共15.5年的数据，覆盖了射电波段的多频观测。高精度计时分析得以识别出微小的频率变化，甚至能捕捉到纳赫兹级别的突变。

未来研究方向

下一步，天文学家计划对PSR J1637−4642进行更密集的监测，以确认其突变是否具有规律性。同时，结合其他望远镜（如中国天眼FAST）的数据，有望揭示中子星内部超流体的具体物理性质——例如超流体的涡旋钉扎强度、中子星壳层结构等。这些研究将深化我们对极端物质状态的理解，乃至对宇宙中基本力的认识。

论文已于2026年8月20日提交至arXiv预印本平台，并被《天体物理杂志快报》接收发表。研究由厦门大学主导，合作者包括多国天文学家。

总结

PSR J1637−4642的发现证明，脉冲星的自转突变并非可预测的规律事件，而可能经历漫长“休眠”后突然爆发。这一现象不仅挑战了现有模型，也为中子星内部动力学提供了新的观测窗口。随着更多巡天项目的开展，未来或许能发现更多“隐藏”的突变事件，从而拼凑出中子星内部活动的完整图景。

原标题：'Quiet' pulsar suddenly reveals three glitches in 15 years of observations。 来源：phys.org。

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