脉冲星是高速旋转的中子星，但有时候，它们会突然增加自己的旋转速率。这样旋转速率突变的现象被称作脉冲星的自转突变。我是记录船帆座脉冲星（Vela pulsar）自转突变团队的其中一员，研究结果发表在今天的《自然》杂志上。
约5-6%的脉冲星的自转突变为我们所知，船帆座脉冲星（Vela pulsar）也许是其中最著名的了。它是一个处在极南端的星体，于1968年被科学家在澳大利亚发现，每秒的旋转次数达11.2次。
这颗脉冲星距离我们1000光年，它的超新星时期发生在约11000年前，并且根据粗略的计算，每过三年，它会突然发生一次自转加速。
这些速率的突增是无法预测的，并且我们从来没能通过一台口径大到足以观察单个脉冲星的射电望远镜成功发现它们的踪迹。
想要了解自转加速可能会是什么样的，首先，我们得知道是什么形成了脉冲。
恒星坍塌
一个典型恒星在自己的生命末期，会发生三种变化的其中一种。
和我们太阳尺寸差不多的小质量恒星将仅仅像火一样悄悄熄灭。
然而，如果这颗恒星足够大，它将迎来自己的超新星时期。巨大的爆炸过后，遗留物质会发生坍塌。更有一些大的出奇的恒星，它们的逃逸速度远超光速，这时，黑洞便诞生了。
不过，假如我们有一个足够大到变成超新星，却又远不足以成为黑洞，就像是遵循金发女郎（Goldilocks）效应（凡事有度，不超越极限）的恒星，我们便会得到中子星。
引力过强，以至于围绕着原子轨道运行的电子们被迫进入原子核，随后，它们与核内的质子结合形成中子。
这些星体被估计有着1.4倍的太阳质量，直径达20千米。它们的密度惊人，仅仅一杯物质就和珠穆朗玛峰差不多重。
它们的自转速度也相当快(但随着时间的推移会逐渐减慢)，且拥有一个巨大的磁场，是地球的3万亿倍。电磁辐射从这个巨大旋转磁铁的两端发出。
现在，如果这个旋转磁铁的磁极之一碰巧掠过地球，那么每次旋转时，我们会在无线电波（以及其他频率）中看到短暂“闪光” ，这被称为一次脉冲信号。
搜寻自转突变
2014年，我用塔斯马尼亚大学（the University of Tasmania’s）的26米射电望远镜在Mount Pleasant的天文台开始了一项严肃的观察活动，目的在于实时捕捉船帆座脉冲星的自转突变。
我以单日19个小时，每10秒生成一个640MB大小的文件的速率收集数据，这样持续了差不多四年。结果是，超过3PB的数据（1PB相当于1百万GB）被采集，处理与分析。
2016年12月12日，大约是晚上9:36，我的手机收到了一条短信，告诉我Vela经历了频率突增。我设置的自动进程并不完全可靠——无线电频率干扰被认为设定出错。
所以我怀疑地登录进去，重新运行了测试程序。这是真的！这种兴奋难以置信，我彻夜未眠，一直在分析数据。
浮出水面的结果实在是出人意料，当突变发生，这颗脉冲星漏掉了一个节拍，它没有脉冲现象。
在这个空缺前的脉冲信号是显著而奇怪的，我从未看见或听见过这样的事情。
这两个脉冲之后被证明没有线性极化，这也是在Vela前所未闻的。这意味着这个突变影响了引导脉冲信号的强磁场。
在空值之后，一列的21个脉冲信号都提前到达，它们的时间方差也远小于正常值，这也非常奇怪。
自转突变的解释
所以，是什么导致了自转突变呢？最受支持的假设是中子星有坚硬的地壳和一个超流体性的核心。外层地壳会减速，但超流体内核分离开进行旋转，不会减速。
这是很通俗的解释，真正发生的却相当复杂，并且涉及微观里从地壳晶格分离出超流体漩涡这一概念。
大约三年后，核心与地壳的转速差异越来越大，此时核心抓紧地壳，从而加速其运动。相关数据似乎表明这一加速过程需要约五秒。这是理论学家们预测的更快结果。
所有这些与其他的信息能够帮助我们了解状态化方程，在一个我们无法轻易在地球上建立的实验室内研究物质在不同温度与压力状态下的表现。
这也第一次为我们提供了看见中子星内部物质运作的机会。
作者简介
Jim Palfreyman
塔斯马尼亚大学，天文学博士研究生
翻译：蒋静；审校：潘燕婷
京公网安备11010502039775号
