探索宇宙奧秘 · 理性思考

想象一場持續(xù)半個(gè)世紀(jì)的太空雙人舞。其中一方是質(zhì)量超過太陽13倍的藍(lán)色巨星，另一方是直徑僅20公里卻比太陽還重的脈沖星。它們相距遙遠(yuǎn)時(shí)相當(dāng)于冥王星到太陽距離的25倍，靠近時(shí)卻幾乎擦肩而過——軌道偏心率高達(dá)0.98，接近拋物線極限。這就是PSR J2032+4127，宇宙中最極端的粒子加速器之一，而南京師范大學(xué)的羅宇峰團(tuán)隊(duì)利用NASA費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡長達(dá)16年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，首次精確測定了這個(gè)神秘系統(tǒng)的軌道參數(shù)。

伽馬射線雙星是宇宙中最狂暴的高能天體之一。這類系統(tǒng)由一顆大質(zhì)量恒星與一顆致密天體（中子星或黑洞）組成，它們在相互繞轉(zhuǎn)過程中將粒子加速到極高能量，輻射出強(qiáng)烈的伽馬射線。截至目前，銀河系內(nèi)確認(rèn)的伽馬射線雙星僅有不到10例。

PSR J2032+4127于2009年被發(fā)現(xiàn)，距離地球約4570光年。它極為特殊：這是迄今唯一被觀測到在伽馬射線波段展現(xiàn)脈沖現(xiàn)象的雙星系統(tǒng)。那顆脈沖星每143毫秒自轉(zhuǎn)一周，像燈塔一樣掃射宇宙。由于軌道周期極長，科學(xué)家此前只能估算其周期在45至50年之間，精確參數(shù)長期成謎。 軌道參數(shù)的不確定性直接阻礙了對輻射機(jī)制和粒子加速過程的理解。

費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡自2008年發(fā)射以來持續(xù)監(jiān)測天區(qū)，恰好覆蓋了PSR J2032+4127在2017年經(jīng)過近星點(diǎn)（軌道上距離伴星最近的位置）前后各約8年的時(shí)間。這16年的觀測窗口極為珍貴，相當(dāng)于捕捉到了這場52年周期雙人舞中最富戲劇性的片段。

觀測中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了兩次脈沖星"故障"（glitches）。這是一種中子星自轉(zhuǎn)速度突然加快的現(xiàn)象，源于星體內(nèi)部超流體與外殼的耦合作用。這兩次故障幅度相對較小，發(fā)生頻率約為每年0.12次，遠(yuǎn)低于船帆座（Vela）或蟹狀星云（Crab）脈沖星的故障率。

這一細(xì)節(jié)揭示了PSR J2032+4127的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能更為穩(wěn)定。結(jié)合軌道參數(shù)分析，團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論：由于軌道間距寬大且自轉(zhuǎn)演化穩(wěn)定，該脈沖星始終處于轉(zhuǎn)動(dòng)能驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，不會(huì)進(jìn)入吸積或推進(jìn)器階段。這與距離地球7400光年的PSR B1259-63系統(tǒng)類似，后者是少數(shù)幾個(gè)被詳細(xì)研究的伽馬射線雙星之一。

這項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了對PSR J2032+4127系統(tǒng)認(rèn)知的空白，更為未來研究這類長周期極端雙星提供了方法學(xué)范例。隨著觀測持續(xù)積累，科學(xué)家將有機(jī)會(huì)見證該系統(tǒng)在下一個(gè)近星點(diǎn)（預(yù)計(jì)2069年前后）的再次爆發(fā)，檢驗(yàn)現(xiàn)有物理模型的準(zhǔn)確性。

Yu-Feng Luo et al, The orbital parameters of gamma-ray binary PSR J2032+4127, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2602.03079

Tomasz Nowakowski, Fermi data help refine orbital parameters of a gamma-ray binary, Phys.org, February 10, 2026.