脉冲星类天体的物态方程及其观测检验

Pulsar-like compact stars have been attracting a lot of attentions in astrophysics, and the nature of them is essentially a problem of the low-energy properties of the fundamental strong froce. How to observationally test various models about the equation of state is one of challenges we have to face. Now we are in the multi-message astronomy era, and this project aims to explore the interior structure of pulsars based on the radiation properties in the radio band, which would help us to test and improve the theoretical models. Our previous study showed that, compressed baryonic matter inside pulsars could be totally composed of the so-called strangeons, in which case the stars are called strangeon stars, being different from neither neutron stars nor quark stars. In this project we will study the mechanism of glitches and the radiation properties of the magnetosphere, based on the timing data obtained from the Nanshan 25m telescope of the Xinjiang Astronomical Observatory of CAS. The observational tests for models of dense matter including strangeon star model would help us to understand the related astrophysical processes and to explore the nature of pulsar-like compact stars.

脉冲星类天体一直是天体物理的重要研究对象，它们的本质涉及基本强相互作用的低能行为。如何从观测角度检验其物态方程的各类理论模型依然是目前的挑战，而多信使天文学新时代的开启，为研究脉冲星类天体的内部结构带来了前所未有的机遇。本项目旨在抓住这一契机，结合对脉冲星射电辐射性质的观测，帮助实现从多角度检验和发展脉冲星物态方程的理论模型。在过去的研究中，我们结合天文观测和理论分析论述了，脉冲星内部的压缩重子物质可能是以“奇子”为基本单元构成的，此时致密星称为“奇子星”，这是不同于中子星和夸克星的一类模型。本项目将利用中国科学院新疆天文台25米射电望远镜的脉冲星观测系统，基于脉冲星的测时数据，研究脉冲星类天体的周期突变机制和磁层辐射性质等，检验包括奇子星模型在内的若干致密物态模型，并理解相关天体物理过程，探讨脉冲星类天体的本质。

本项目是和中国科学院新疆天文台合作开展的天文联合项目，旨在利用其25米射电望远镜的脉冲星测时数据，为脉冲星内部物态的奇子星模型提供观测检验。我们研究了奇子星的星震导致的周期跃变行为，包括周期跃变活动性和跃变后的恢复过程。脉冲星周期跃变及其恢复是研究星体内部结构的重要探针，目前关于周期跃变的研究几乎仅集中在中子星情形下的研究，而此项目首次细致讨论了奇子星的星震图像下的周期跃变活动性和跃变后的自转恢复。研究结果表明，奇子星的星震过程可以解释某些脉冲星的小跃变幅度和低跃变活动性，以及脉冲星具有不同跃变活动性的原因，得到了恢复过程中自转频率随时间呈指数变化的曲线，以及指数恢复的幅度，得到的结果与观测数据相符。这些工作实现了理论和观测结合，克服了传统星震模型的局限性，为奇子星周期跃变机制的理论模型开拓了新方法。作为此项目研究内容的补充，我们还研究了双奇子星并合的光变曲线，这一性质也能对致密星的内部结构提供观测检验。我们发现双奇子星并合的光变曲线可以和与引力波事件GW170817成协的千新星AT2017gfo的光变曲线符合，即奇子星的模型也与千新星的观测符合。这一工作挑战了只有中子星并合才能造就丰中子抛射物的观点，指出奇子星的并合也可以产生高不透明度的抛射物，表明了奇子星不仅比中子星更能经受动力学检验，而且还可以很好地拟合光变曲线。综上，本项目实现了理论与观测结合，达到了预期目标。