可观测Universe 第24章 PSR J1748－2446ad

PSR J1748-2446ad（中子星）

· 描述：已知自转最快的脉冲星

· 身份：位于人马座球状星团Terzan 5中的毫秒脉冲星，距离地球约18,000光年

· 关键事实：每秒自转716次，比家用搅拌机转速还快，其表面赤道速度高达光速的24%。

PSR J1748-2446ad：宇宙中最狂飙的“旋转灯塔”（第一篇）

引言：当宇宙的“钟摆”快到突破想象

在银河系的深处，有一座由百万颗年老恒星组成的“宇宙堡垒”——人马座球状星团Terzan 5。这里没有新生恒星的璀璨光芒，没有超新星爆发的剧烈闪光，却藏着宇宙中最极致的“旋转奇迹”：一颗每秒自转716次的脉冲星，其赤道表面的速度高达光速的24%，比家用搅拌机的叶片转速快100倍，比地球自转快上千万倍。

它叫PSR J1748-2446ad，人类已知自转最快的天体，一颗把“角动量”玩到极致的中子星。当我们用射电望远镜捕捉到它那每秒716次的脉冲信号时，我们听到的不是普通的“宇宙滴答”，而是极端物理条件下物质与引力的终极博弈——一颗直径仅20公里的天体，如何在旋转中抗拒解体，如何在亿万年的时光里保持如此疯狂的自转？

这篇文章将带你走进PSR J1748-2446ad的世界：从脉冲星的基本逻辑讲起，到它在Terzan 5星团中的诞生，再到它挑战人类对中子星物态、引力与时间的认知。这不是一次对“快速旋转天体”的简单介绍，而是一场对“宇宙极端环境”的深度探访——我们会发现，这颗“最快脉冲星”的秘密，藏着理解中子星、球状星团乃至宇宙演化的钥匙。

一、从“灯塔效应”到“毫秒脉冲星”：脉冲星的底层逻辑

要理解PSR J1748-2446ad，必须先回到脉冲星的本质——宇宙中的“旋转灯塔”。

1.1 脉冲星的诞生：超新星的“遗产”

1932年，苏联物理学家列夫·朗道（Lev Landau）预言宇宙中存在一种“致密星体”：质量与太阳相当，体积极小（类似城市大小），密度高达每立方厘米1亿吨——这就是后来被称为“中子星”的天体。1967年，剑桥大学的乔斯林·贝尔（Jocelyn Bell）和安东尼·休伊什（Antony Hewish）首次观测到脉冲星：一种发出周期性射电脉冲的天体，周期短至几毫秒，长至几秒。

脉冲星的本质是中子星，其“脉冲”来自磁轴与自转轴的错位：中子星拥有极强的磁场（通常是太阳的10^12倍），磁场线像“灯塔的光束”一样沿着磁轴方向发射同步辐射或曲率辐射。当中子星自转时，这些辐射束会周期性地扫过地球，就像灯塔的光每隔一段时间照亮海面——我们观测到的“脉冲”，其实是中子星磁轴旋转的“投影”。

1.2 毫秒脉冲星：“被回收”的慢转星

并非所有脉冲星都像PSR J1748-2446ad这么快。年轻脉冲星（如蟹状星云脉冲星，诞生于1054年超新星爆发）的自转周期通常在0.01到10秒之间，磁场极强（10^12高斯）。但随着时间推移，脉冲星会通过“磁偶极辐射”损失角动量，自转逐渐减慢——就像旋转的陀螺慢慢停下来。

但有一类脉冲星例外：毫秒脉冲星（Millisecond Pulsar，MSP），它们的自转周期短至几毫秒（千分之一秒），磁场却弱得多（10^8到10^10高斯）。这些“快转星”的秘密在于“回收”过程：它们原本是缓慢旋转的老年脉冲星，后来捕获了一颗伴星（通常是白矮星或中子星），通过吸积伴星的物质获得角动量，自转被“加速”到毫秒级。

球状星团是毫秒脉冲星的“温床”。这些由百万颗年老恒星组成的密集星团中，恒星之间的距离很近（有时只有几光天），潮汐力容易将伴星撕裂并捕获。据估计，Terzan 5星团中藏着超过200颗毫秒脉冲星——而PSR J1748-2446ad，是其中“转得最快的一个”。

二、Terzan 5：孕育“最快脉冲星”的宇宙堡垒

要理解PSR J1748-2446ad的诞生，必须先走进它的“家”——人马座球状星团Terzan 5。

2.1 球状星团的“年老与密集”

球状星团是银河系中最古老的天体之一，形成于宇宙早期（约120亿年前）。它们由引力束缚的大量恒星组成，形状接近球形，直径从几十到几百光年不等。Terzan 5位于人马座，距离地球约光年，是银河系内质量最大的球状星团之一——包含约100万颗恒星，总质量约为太阳的100万倍。

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