近日，中國科學院近代物理研究所與廈門大學合作，在中子星週期躍變研究中取得進展。相關成果發表在The Astrophysical Journal上。
中子星是現代天體物理學的經典研究主題。它的發現源於其週期性的脈衝訊號，因而又稱脈衝星。脈衝星的表面磁場類似於磁偶極子，在自轉過程中會因向外輻射能量而損失能量，從而其自轉頻率減小。然而，在自轉減慢的過程中，頻率會突然增加，再經歷數天或數月恢復，這一現象就是中子星的週期躍變現象（glitch現象）。
中子星的週期躍變觀測提供了獨特的方式來探測中子星的內部結構與動力學演化。當前的主流觀點認為，glitch現象是由中子星內部的超流體引起。在簡化的兩分量模型中，超流渦旋被釘紮在殼層的原子核晶格上，不隨星體自轉減慢，允許儲存角動量，當達到一定條件時，儲存的角動量會快速釋放，對應週期躍變現象。這種超流體與其餘部分解耦和重新耦合過程分別對應觀測的躍變和恢復。
研究基於微觀方法Brueckner和相對論Brueckner多體理論方法，以現實核力為基本輸入，對中子星物質進行第一性原理計算，獲得了物態方程（包括質子丰度與壓強能量的密度依賴關係）。科研人員透過得到的物態對星體結構進行描述，並結合兩分量模型，探究船帆座（Vela）脈衝星2000年躍變的躍變幅度和躍變約1分鐘後的短期恢復觀測資料，發現躍變觀測支援船帆座脈衝星是一顆小質量的中子星，典型半徑約為12.5千米，且中子的超流能隙受核介質的極化程度影響較大。
未來，高精度觀測裝置（如FAST、HXMT、SKA）對脈衝星的計時觀測將提供更多資訊，將進一步幫助人們剖析脈衝星結構和驗證躍變理論，並對兩分量模型及核物質高密物態進行一定的約束。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（B類）、中科院青年創新促進會等的支援。
用微觀物態計算的Vela 2000短時標恢復隨星體質量的變化，陰影部分對應觀測在1σ的資料。（尚新樂/圖）
來源：中國科學院近代物理研究所
