第47章 PSR J0737－3039 (6/7)

deconfined

夸克（自由夸克）组成，密度比中子星更高，半径更小（约8公里）。若psr

j0737-3039的中子星是夸克星，其半径应小于10公里，但我们通过夏皮罗延迟测量的半径下限为10公里——这直接否定了该系统的中子星是夸克星的猜想。

3.

中子星的“质量函数”：核物质的“压力-密度曲线”

通过双脉冲星的质量比（1.337\/1.250≈1.07），我们还能构建中子星的“质量函数”——即质量与半径的关系曲线。这条曲线直接对应核物质的压力-密度关系：质量越大，核心密度越高，压力也必须越大才能抵抗引力坍缩。

2021年，欧洲核子研究中心（cern）的核理论小组利用psr

j0737-3039的质量函数，修正了状态方程的“对称能”项（描述中子与质子比例对压力的影响）。他们的结果表明，中子星核心的对称能约为106

mev——这与实验室中重离子碰撞实验测得的对称能一致，说明核物质的状态方程在从实验室尺度（飞米级）到中子星尺度（千米级）是自洽的。这是人类首次通过天体物理观测验证了核物质的基本性质，将核物理与天体物理的距离拉得更近。

七、掩食现象的“微观密码”：中子星的大气层与磁层

psr

j0737-3039的掩食现象，不仅是轨道力学的“表演”，更是中子星表面物理的“显微镜”。当一颗中子星遮挡另一颗的脉冲信号时，我们能捕捉到射电、x射线甚至γ射线波段的光变曲线，这些曲线藏着中子星大气层、磁场与磁层的秘密。

1.

掩食的“锐利边缘”：中子星的“无大气层”假设

psr

j0737-3039的掩食“边缘”非常锐利——主掩食在30秒内从“完全遮挡”到“部分恢复”，没有渐变的过渡。这说明中子星的表面几乎没有大气层，或者说大气层的密度极低（约10?12

g\/cm3），无法散射或吸收脉冲信号。

这一结论与之前的中子星大气层模型一致：中子星的表面引力极强（约1012

m\/s2），任何气体都无法长期保留——即使有短暂的大气层（如超新星爆发残留的气体），也会在引力作用下迅速坍缩到表面，形成一层厚度不足1厘米的“壳层”。这层壳层的密度极低，对射电信号的散射可以忽略，因此掩食边缘才会如此锐利。

2.

射电掩食的“吸收线”：磁层中的“等离子体云”

尽管中子星没有厚重大气层，但掩食期间的射电脉冲会出现微弱的吸收线——即某些频率的脉冲强度下降。通过分析这些吸收线，天文学家发现，中子星的磁层中存在稀薄的等离子体云（电子密度约10?

cm?3）。

中子星的磁层是其磁场与周围等离子体相互作用形成的区域——磁场线从磁极延伸至星际空间，加速电子产生射电脉冲。当一颗中子星遮挡另一颗的磁层时，等离子体云会吸收部分射电信号，形成吸收线。通过测量吸收线的频率与宽度，我们能推断出磁层中等离子体的温度（约10?

k）与磁场强度（约10?

g，是地球磁场的1012倍）。

3.

掩食的“时序抖动”：引力波的“微扰”

psr

j0737-3039的掩食时间并非完全固定，而是存在微小的“抖动”（约1毫秒）。这种抖动并非来自轨道误差，而是引力波的微扰——两颗中子星辐射的引力波会轻微改变它们的相对位置，导致掩食的时刻发生偏移。

通过测量这种时序抖动，天文学家能进一步约束引力波的偏振模式。广义相对论预言引力波有两种偏振（“+”与“x”），而修正引力理论可能预言更多偏振。psr

j0737-3039的时序抖动数据与广义相对论的“双偏振”预言完全一致，再次排除了某些修正引力理论的可能性。

八、未来观测：ska、lisa与x射线望远镜的“深度掘进”

psr

j0737-3039的故事远未结束。未来十年，新一代观测设备将对其进行“立体扫描”，从射电、引力波到x射线，全方位揭示这个双脉冲星系统的秘密。

1.

ska：“宇宙最灵敏的射电望远镜”的使命

平方公里阵列（square

kilometre

array,

ska）是人类有史以来最灵敏的射电望远镜，由分布在澳大利亚与南非的数千个天线组成。它的灵敏度是帕克斯望远镜的100倍，分辨率是哈勃望远镜的50倍。

对于psr

j0737-3039，ska的贡献包括：

更精确的自旋进动测量：ska能检测到自旋进动速率的微小变化（约0.01度\/年），这将直接反映中子星内部的角动量传输机制（如超流体中子的流动）；

引力波前置探测：ska能探测到双脉冲星轨道衰减产生的低频引力波（纳赫兹级），比ligo\/virgo早数年“听到”合并的“前奏”；

星际介质的“三维地图”：通过分析脉冲信号的色散量（dm）变化，ska能绘制出银河系内星际介质的电子密度分布，为理解星际介质与脉冲星的相互作用提供数据。