8月5日，北京师范大学物理与天文学院、天文与天体物理前沿研究所曹硕教授团组与中国科学院国家天文台、贵州大学、重庆邮电大学及德国马克思·普朗克射电天文研究所（MPIfR）等多家国内外顶尖机构，共同发布了历时7年的中国“天眼”500米口径球面射电望远镜（FAST）球状星团脉冲星巡天（GC FANS）的首篇项目综述，成果以“The FAST Globular Cluster Pulsar Survey (GC FANS)”为题刊登于国际天文期刊The Astrophysical Journal Supplement Series。GC FANS项目由中国科学院国家天文台副研究员潘之辰与钱磊共同组织和领导，汇聚了北京大学科维理天文与天体物理研究所、北京师范大学物理与天文学院、北京师范大学天文与天体物理前沿研究所、重庆邮电大学电子科学与工程学院、贵州大学物理学院与贵州射电天文台、贵州大学公共大数据国家重点实验室、德国马克思·普朗克射电天文研究所、美国国家射电天文台、美国西弗吉尼亚大学物理与天文学系及其引力波与宇宙学研究中心、上海天文台、西南科技大学信息工程学院、中国科学院大学天文与空间科学学院以及中国科学院国家天文台等十余家国内外科研院所的数十位成员共同参与支持（单位不分先后顺序，按首字母排序）。
脉冲星是超新星爆发后残留的高速自转中子星，其极强磁场和稳定自转使它们以周期性电磁脉冲形式辐射；球状星团（GC）由数万至数百万颗恒星在引力束缚下形成球对称结构，其极高的恒星密度促进了低质量X射线双星（即毫秒脉冲星前身）的生成，因此星团一直是脉冲星搜索的重要目标。搜索GC脉冲星不仅有助于研究极端环境中脉冲双星的物理性质及多体动力学相互作用对其形成与演化的影响，还可通过高精度脉冲星计时检验广义相对论效应、探测星团质量分布，为分析恒星密集环境下的天体物理过程提供独特视角。
图1. FAST天区内(-14° < δ < 47.5°)45个球状星团的银河坐标分布和恒星相遇率测量
论文总结了GC FANS在1.05-1.45GHz波段利用FAST的高灵敏度对北天区41个GC的深度、系统性搜寻结果，GC FANS团队共计在14个星团中发现60颗新脉冲星，使该区域已知星团脉冲星数量从35颗增至95颗。高灵敏度观测不仅覆盖了高密度星团（3个星团中发现了26颗脉冲星），也深入到多体相互作用率较低的低密度星团（11个星团中发现了34颗脉冲星），包括以下发现结果：NGC 5024（M53），已知有脉冲星最远的星团（离太阳系17.9千秒差距）且核心密度仅为103太阳质量每立方秒差距，FAST在此发现4颗毫秒脉冲星（M53B-E），其中最微弱的M53D平均流量仅为0.7μJy；联合美国Arecibo望远镜历史数据，我们解出了GC中最长双星轨道之一的M53A（256天）长达35年基线的精确计时解（该工作发表于国际天文期刊The Astrophysical Journal Letters。NGC 6838（M71）是密度最低的（<10<>3太阳质量每立方秒差距）有已知脉冲星的星团，GC FANS在此发现了GC中已知轨道周期最长的脉冲双星M71B（466天）和M71C（378天）；还包括首个在星团中的通过常规恒星演化渠道形成的双中子星候选体M71D，其轨道周期为11天、偏心率为0.63、系统总质量为2.63±0.08太阳质量、特征年龄超过88亿年。这些发现都为探讨低密度星团中双星演化和长轨道脉冲双星检验弱等效原理提供了新样本。论文还对FAST发现的GC脉冲星样本进行了统计学分析：在恒星相互作用率低的星团中，脉冲双星占主导且双星特征与银盘上发现的双星一致（例如M53和M71中的脉冲星）；而在核心塌缩星团（如NGC 6517、NGC 7078）中，孤立脉冲星则显著主导，凸显高密度环境下的双星轨道更易受到干扰甚至被瓦解。GC FANS新发现脉冲星自转周期横跨1.98毫秒–3.96秒，尤其包含NGC 7078（M15）中已知自转最慢的GC脉冲星（M15L），进一步扩展了星团脉冲星样本。GC FANS的深度脉冲星搜索不仅为GC脉冲星总体数目扩充提供了前所未有的观测视角，也为探讨不同密度环境下脉冲星形成与演化提供了观测证据。未来，GC FANS团队将继续推动脉冲星搜索与计时分析等工作。
图2. 不同射电望远镜在球状星团中发现的脉冲星流量密度与自转周期（左图）及轨道周期（右图）关系
FAST发现的脉冲星在较低流量密度范围内探索更为深入，覆盖了更宽的脉冲星自转周期和轨道周期范围。
北京师范大学物理与天文学院、天文与天体物理前沿研究所博士生连禹杰（现于MPIfR进行博士联合培养）为论文第一作者，物理与天文学院、天文与天体物理前沿研究所教授曹硕、国家天文台副研究员潘之辰与研究员张海燕、德国马克思·普朗克射电天文研究所研究员Paulo Freire为共同通讯作者。该工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、贵州省科学技术计划、中国科学院“西部之光”计划与青年创新促进会、中国国家天文深空探测和科技部SKA专项的经费支持。
原文链接：