之江实验室智能计算赋能天文发现

中国天眼发现两颗球状星团长周期脉冲星

在遥远的M15球状星团里，两颗长周期脉冲星如往常般自转。3.4万光年外，地球上，人类正因为两条不同的“宇宙信号”，而兴奋非常。

近日，之江实验室天文计算研究中心的周登科博士、国家天文台王培副研究员等人通过发展快速折叠搜索方案，系统分析了FAST公开观测数据，在球状星团M15中发现了两颗长周期脉冲星，分别是自转周期约为1.9秒的M15K和自转周期约为3.9秒的M15L。其中M15L刷新了球状星团脉冲星的周期记录，成为目前球状星团中已知周期最长的脉冲星。

这一突破性研究成果，于北京时间2024年4月18日在知名学术期刊《中国科学：物理学 力学 天文学》（SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy）上在线发表。

迷人而又奇异的脉冲星

静谧深空里，茫茫星海中，脉冲星是什么样的存在？长周期脉冲星的发现又意味着什么？

M15K、M15L是此次发现的两颗长周期脉冲星的名字。以在对应球状星团中发现的顺序来标号，K和L则代表，这是人类在M15球状星团中发现的第11和12颗脉冲星。

↑周登科

周登科介绍：“这两颗脉冲星的自转周期分别是1.9秒和3.9秒，即每1.9秒转一圈和每3.9秒转一圈。其中，M15L是截至目前在球状星团中发现并发表的最长周期脉冲星。”

因为在黑暗的宇宙中也能呈现“闪烁”的效果，脉冲星一直被天文学家们视为“宇宙的灯塔”、迷人而又奇异的独特天体。

M15K、M15L的发现弥补了球状星团长周期脉冲星搜索的缺失。它们和此前发现的大多数脉冲星相同，已经存在至少数十亿年，由大质量恒星“演化”而来，体积小、密度大、辐射强、温度高。和目前研究研究较多的毫秒脉冲星相比，他们自转速度变慢了数百甚至数千倍。

“球状星团中极高的恒星密度往往能使脉冲星捕获一颗伴星，并通过吸积伴星获得自转加速，就像陀螺被鞭子抽打一般。长周期脉冲星的形成可能是因为双星吸积过程中，与第三个天体相遇，并被破坏了双星系统，从而中断了脉冲星自转加速的过程，” 周登科告诉记者，“M15K、M15L的磁场相比于其他球状星团脉冲星也较强，而双星吸积过程是会削弱磁场的，因此这两颗脉冲星的强磁场可能暗示着它们仅经历了短暂的吸积过程，从而间接印证了这种猜想的可能。”

智能计算赋能天文发现

20世纪60年代，当第一颗脉冲星CP1919被发现的时候，很多人怀疑那是外星人发来的信号——因为它太过规律，每隔1.337秒都能收到它发出的信号。

“中国天眼”资料图片

如今，人类发现的脉冲星家族已经有3000多个成员。其中，我国的“中国天眼”FAST望远镜在建成以来，以历史性灵敏度在脉冲星搜寻领域成绩显著。

周登科介绍，脉冲星因为许多不可思议的性质，有很多潜在的应用。比如它的稳定性，可以用来进行时钟的校准。例如，国家授时中心可以通过观测脉冲星来校对原子钟，由此发出的北京时间实际地影响着我们的生产生活；再比如，它拥有极端的磁场和极端的自转速度，是检验极端物理条件下的物理定律的理想实验室。“再远点看，脉冲星甚至可以用于未来星际旅行的导航。”

也正因此，脉冲星的研究自然是全球天文学界的“必争之地”。

图片由之江实验室提供

“发现脉冲星最大的难点就是对海量的数据分析处理，”去年年初，之江实验室团队奔赴“中国天眼”，运载了一整个卡车的硬盘回来。周登科表示：“数据回来后，我们就对它们进行了大规模的搜索、分析和筛选。”

这时候，高效的算法就是突破难点的关键之一。目前，之江实验室的智能计算技术能帮助研究人员判断筛选出可能代表脉冲星的相关数据，但确认脉冲星的存在则需要人工的介入，有时候一个小时的数据分析结果科研人员可能就要看上万张图片。“使用AI算法介入候选体筛选，能更高效地帮助识别候选体。” 周登科说道。

这些发现，将为天文学家探索宇宙奥秘提供更多的线索和可能性，对于理解宇宙中这些神秘天体的起源和演化过程，具有重要意义。

之江实验室（李丹 摄）

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