使用MeerKAT的研究人员发现9颗毫秒脉冲星 _脉冲星

费米LAT图像显示了来自银河系中心平面（地图中心）和活动星系的明亮、漫射的辉光作为点源。沿着平面的许多明亮的光源都是脉冲星。资料来源：NASA/DOE/费米LAT合作
据美国物理学家组织网（作者：马克斯·普朗克学会）：南非使用MeerKAT的研究人员发现了9颗毫秒脉冲星，其中大多数是罕见的，有时是不寻常的双星系统，这是一项有针对性的调查的第一个结果。一个由AEI（汉诺威）和MPIfR（波恩）做出重大贡献的国际团队从NASA费米伽马射线太空望远镜的观测中选择了79个未识别的脉冲星状源，并用MeerKAT在无线电频率下对其进行了观测。
将这种经过测试的方法与下一代望远镜阵列一起使用，与之前的测量相比具有显著的优势。该团队发现了九颗快速旋转的中子星，其中大多数具有不同寻常的性质。他们的研究发表在《皇家天文学会月刊》上。
汉诺威马克斯·普朗克引力物理研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所；AEI）的小组组长、该研究的主要作者科林·克拉克表示：“我们的TRAPUM调查使用了MeerKAT，这是一种相对新的、超灵敏的射电望远镜，加上专用的分析软件，观测了一些非常有前途的脉冲星状源。” 。“对我们努力的回报是我们可以自豪的：我们发现了9颗新的毫秒脉冲星，其中一些非常不寻常。”
该团队使用了一种经过测试的方法来发现新的毫秒脉冲星。费米大面积望远镜目录汇编了美国国家航空航天局费米伽马射线空间望远镜八年观测的伽马射线源。该目录包含有关源的天空位置、伽马射线的能量以及伽马射线亮度随时间的变化的信息。
克拉克解释道：“我们使用机器学习方法来确定所有与已知天体无关的费米星表源的脉冲星可能性。” 。“在我们确定了费米星表中最像脉冲星的源之后，我们将目标列表缩减为最有可能被我们的调查发现的源。我们用MeerKAT观测了79个源。”
MeerKAT在南部天空提供了前所未有的灵敏度
MeerKAT是一个由64个碟形天线组成的阵列，每个天线的有效直径为13.5米，位于南非卡鲁。MeerKAT对南半球的辐射源提供了前所未有的灵敏度，能够探测到比第二大南半球望远镜所能探测到的辐射源微弱五倍的辐射源。
使用MeerKAT（TRAPUM）大型测量项目的TRansients和Pulsar利用这种灵敏度在天空中最有可能被发现的地方寻找新的脉冲星：球状星团、附近的星系、超新星遗迹，在这种情况下还有未经确认的伽马射线源。要做到这一点，需要开发专用计算硬件，将MeerKAT天线的数据组合到一个虚拟的大型射电望远镜中，该望远镜可以同时观测近500个近距离的天空位置。
此次TRAPUM对费米源的调查利用了MeerKAT提供的额外灵敏度，将观测时间缩短至10分钟，比之前在这些源中发现脉冲星所需的一小时观测时间短得多。
短时间观测有很多优点：在有限的观测时间内可以瞄准更多的来源。源可以重复观测，这增加了观测新射电脉冲星的机会，因为在第一次测量过程中可能无法探测到它们。TRAPUM脉冲星测量对每个源进行了两次观测。分析短观测值在计算上比分析长观测值要求低。最后，双星系统中的轨道运动会使射电脉冲星更难探测。在短的观测时间内，脉冲星的运动几乎是恒定的，因此改变轨道运动的不利影响得以减轻。
除了纯粹的灵敏度，MeerKAT阵列与其他单碟望远镜相比还有一个额外的优势。其8公里的足迹使其能够以极高的精度精确定位新光源的位置，从而能够在其他波长下进行快速跟踪研究。
九颗新的毫秒脉冲星
在TRAPUM观测期间获得的大量数据中搜索脉冲星需要大量的计算能力，并且需要快速周转以腾出存储空间用于进一步观测。
“我们在一个专用计算集群中的120个图形处理单元（GPU）上运行了专门构建的数据分析管道，以筛选我们的MeerKAT观测结果。我们很快找到了9个毫秒脉冲星候选者，并通过额外的MeerKAT观测结果确认了所有这些，”马克斯·普朗克射电天文研究所（Max Planck Institute for Radio Astronomy）小组组长、TRAPUM项目科学家埃文·巴尔（Ewan Barr）表示。
“很好，我们还可以利用MeerKAT在密集网格中对天空进行采样的能力，利用确认观测来细化天空位置。这对于不同波长的后续研究来说是非常宝贵的。”
紧脉冲星-白矮星双星
其中一个被称为PSR J1526−2744的发现在之后被仔细研究。在双星系统中探测到这颗射电脉冲星之后，研究人员还探测到了这颗中子星的伽马射线脉动。利用所有可用的费米数据，他们可以精确地研究轨道运动并确定双星系统的性质。最有可能的是，这颗中子星在不到五小时的时间内与一颗重量轻的白矮星一起绕着共同的质心运行。这将使它成为轨道周期第二短的脉冲星-白矮星双星系统。
该团队还从PSR J1526−2744中寻找连续的引力波。如果中子星变形，它将以其两倍的旋转频率发射引力波。研究人员使用了O1、O2和O3运行中所有公开可用的高级LIGO数据。由于他们从伽马射线观测中准确地知道了脉冲星在双星系统中的运动，研究团队实现了对引力波的最大可能搜索灵敏度。
引力波
尽管该团队没有从PSR J1526−2744观测到连续的引力波，但他们可以测量中子星偏离完美轴对称的程度。“我们现在知道PSR J1526−2744确实是非常对称的。我们发现，中子星的赤道偏离完美的圆的距离不能超过人类头发的宽度，”安杰纳·阿肖克说，她是汉诺威AEI永久独立的马克斯·普朗克研究组“连续引力波”的博士生，领导了引力波搜索。
另外两颗脉冲星，称为PSR J1036–4353和PSR J1803–6707，是典型的“红背”脉冲星系统，由中子星和伴星组成，伴星质量至少为太阳质量的四分之一。随着时间的推移，这些脉冲星会蒸发并摧毁它们的同伴，因此，它们被称为与蜘蛛同名的澳大利亚红背蜘蛛，其雌性在交配后会吃掉雄性。
在利用MeerKAT的独特能力快速准确地定位脉冲星位置后，天文学家们在盖亚天体测量任务的星表中找到了他们的同伴，并使用ESO新技术望远镜上的ULTRACAM相机进行了专门的光学观测。此外，他们在第一次eROSITA全天巡天的数据中发现了来自PSR J1803–6707的X射线。X射线很可能来自高能脉冲星风撞击从伴星蒸发的物质，是红背系统的特征。
目录中潜伏的脉冲星
很难可靠地估计潜伏在类似费米源的无关联脉冲星中的尚未被探测到的脉冲星的数量。尽管如此，天文学家确信，未来的观测可以发现更多的毫秒脉冲星。在目标列表中，有几个候选者很可能是脉冲星。然而，迄今为止的几次调查都没有发现无线电波或伽马射线脉动。新的望远镜、分析方法和反复的观测尝试可能有一天会揭示它们的脉冲星性质。随着费米观测时间的增加，潜在的源目录将增加，更多的脉冲星类源将出现并成为潜在的目标。
克拉克说：“我们的结果，这只是TRAPUM对费米源的首次调查，已经显示了MeerKAT的巨大潜力。有了MeerKAT和专用软件，我们不仅能够发现，而且能够快速准确地定位新的毫秒脉冲星。” 。“MeerKAT观测极大地帮助了多波长跟踪、目录搜索和未来观测，或者换句话说，帮助制作持续不断的毫秒脉冲星礼物。”