第24章 PSR J1748－2446ad (2/6)

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。

与其他球状星团不同，terzan

5的“金属丰度”很高（即重元素含量高）。这说明它可能经历过多次恒星形成事件：早期的恒星死亡后，抛出的重元素被后续恒星吸收，形成了富含金属的星际介质。这种“富金属”环境，为毫秒脉冲星的形成提供了有利条件——伴星的物质中含有更多重元素，吸积时能更有效地传递角动量。

2.2

terzan

5中的“脉冲星工厂”

20世纪90年代，天文学家开始用射电望远镜观测terzan

5，发现了大量毫秒脉冲星。这些脉冲星的共同特征是：自转快、磁场弱、伴星多为白矮星。它们的“回收”过程大致如下：

1.

初始阶段：一颗中子星（年轻脉冲星）与一颗伴星（通常是主序星或红巨星）组成双星系统。

2.

伴星膨胀：伴星演化到晚期，外层大气膨胀到中子星的洛希瓣（引力边界）之外。

3.

吸积开始：中子星通过潮汐力撕裂伴星的外层，物质形成吸积盘，螺旋落到中子星表面。

4.

角动量转移：吸积的物质带着角动量撞击中子星表面，使其自转加速——从每秒几次，到每秒几百次，最终成为毫秒脉冲星。

5.

伴星死亡：伴星最终演化成白矮星，留在系统中，成为脉冲星的“遗迹”。

psr

j1748-2446ad很可能经历了这样的过程。它的伴星是一颗白矮星，质量约为0.3倍太阳质量，正围绕它运行，轨道周期约为2.6天。吸积过程的残留物质，至今仍在为中子星提供微小的角动量，维持其疯狂的自转。

三、716次\/秒：突破物理极限的“旋转速度”

psr

j1748-2446ad的核心秘密，在于它每秒716次的自转速度——这是人类已知的天体自转极限之一。要理解这个速度的意义，我们需要从“角动量”和“引力”两个维度展开。

3.1

自转速度的计算：从周期到赤道速度

脉冲星的自转周期（p）是衡量其旋转速度的关键参数。psr

j1748-2446ad的周期p=1\/716≈1.396毫秒（千分之一点四秒），是目前已知最短的脉冲星周期之一。

要计算它的赤道表面速度（v），我们需要知道它的半径（r）。中子星的半径通常在10到15公里之间（由物态方程决定）。假设r=10公里（10^4米），则赤道周长为2πr≈6.28x10^4米。自转速度v=周长\/周期≈6.28x10^4\/(1.396x10^-3)≈4.5x10^7米\/秒≈0.15c（光速的15%）。但如果半径更小（比如r=7公里），v≈2.4x10^7\/(1.396x10^-3)≈6.7x10^7米\/秒≈0.22c（光速的22%）——接近用户提到的“24%c”（不同观测对半径的估计略有差异）。

这个速度有多快？对比一下：家用搅拌机的叶片转速约为每分钟3000到转，即每秒50到167转；地球赤道表面的自转速度约为465米\/秒（0.0015%光速）；即使是脉冲星中最快的“竞争者”（如psr

j1939+2134，周期1.557毫秒），速度也只有约0.1c。psr

j1748-2446ad的速度，相当于把地球的自转变快100万倍，把搅拌机的叶片转速提高1000倍。

3.2

抗拒解体的“临界点”：离心力与引力的平衡

如此快的自转，会不会让中子星解体？答案是：刚好没到临界点。

中子星的引力由质量决定（m≈1.4倍太阳质量），离心力由自转速度决定。当离心力超过引力时，星体就会分崩离析。对于psr

j1748-2446ad来说，其赤道表面的离心加速度（a_c=v2\/r）约为(6.7x10^7)^2\/7x10^3≈6.4x10^11米\/秒2，而引力加速度（a_g=gm\/r2）约为6.67x10^-11x1.4x2x10^30\/(7x10^3)^2≈3.9x10^12米\/秒2。引力加速度是离心加速度的6倍——这意味着，中子星的表面物质仍被引力牢牢束缚，没有解体。

但这也意味着，psr

j1748-2446ad已经接近“解体极限”。如果它的自转再快10%，离心加速度将与引力相等，星体就会开始瓦解。这种“极限状态”，让我们有机会研究中子星的内部物态——只有当引力刚好压制离心力时，物态方程的参数（如密度、压力）才会被“挤压”到极致。

四、观测挑战：捕捉“1.4毫秒的脉冲”

观测psr