35年不绝的神秘信号，是谁发来不明脉冲？

出品：科普中国

作者：书波（科普创作者）

监制：中国科普博览

当人们做心脏检查时，每次心跳都会在心电图上化为一段形状相似的折线，它们记录的是人体在心跳时发出的电脉冲信号。其实脉冲在世间无处不在，是一种短促而强烈的信号先出现，然后快速消退的物理过程。

我们的身体里就存在电脉冲，它们是由特定细胞间的电流产生的，在脑电和心电等电生理活动发生时，都会不断发出对应的脉冲信号，用专业的仪器便可以捕捉和记录它们的信息。在我们的日常生活之外，宇宙中各种天体进行着各式各样的电磁作用，向外源源不断地发出脉冲信号，并在射电望远镜的面前显出真身。

要说最著名的射电脉冲天体，非脉冲星莫属，因为它总能像时钟一样定时发出频率极快的脉冲信号，最快者几毫秒即可发射一次。而最近，天文学家发现了一颗持续了35年的不明脉冲源，它像脉冲星一样闪烁，但脉冲的频率却慢上百上千倍。

记录脉冲的心电图（图片来源：Pixabay）

脉冲：被高速旋转的中子星扫来

在讨论不明脉冲之前，我们先回顾一下脉冲星的发现历史。

在1967年，剑桥大学的博士生约瑟林·贝尔分析射电望远镜的数据时，注意到一个神秘的射电源，它每间隔1.337秒就会发出脉冲信号，间隔时间极度精确。天文学家们不禁好奇，到底是什么能如此精准地发来脉冲信号呢？难道是地外文明的广播？

在当时的科幻作品里，驾驶UFO来到地球的外星小绿人大受关注。贝尔和导师休伊什也半信半疑地给这个射电源编号为“LGM-1”，意思是“小绿人1号”。但贝尔几个月后又发现了第二个发出脉冲的射电源，这就说明，神秘脉冲不是外星人搞的鬼，因为远在不同星球上的不同地外文明，发出的信号不应该都是一个套路，这应该是一种未知天体搞的鬼。

约瑟林·贝尔（图片来源：wikipedia）

天文学家们想起来巴德和茨威基在1934年的预言：大质量的恒星燃尽后，会被自己的引力压成一种由中子组成的致密天体——中子星。中子星直径只有20千米左右，别看它只有一个城市那么大，但上面每立方厘米的物质就重达数亿吨。

巨大的动能浓缩到这么小的躯体上，中子星便拥有了高速旋转的能力，每隔几秒钟就自转一圈。中子星还被强大的磁场所包围，粒子从磁极的南北极发出强烈的辐射束。而且，中子星的磁轴和自转轴其实是不重合的，所以辐射束会随着中子星自转扫过天空。只要角度合适，中子星每自转一周，辐射束就扫过地球一次，而望远镜则看到一束闪过的脉冲，这就是中子星化身脉冲星的原理。

主流理论认为，我们看到的脉冲，是中子星的磁轴方向爆出的辐射束（图片来源：北京天文馆）

神秘脉冲信号的来源究竟是什么？

脉冲星的理论模型看起来很完善，但世上没有完美的科学理论，一些新发现在挑战我们的认知。

2023年7月，《自然》期刊报道了一个奇怪的新发现：编号GPM J1839-10的奇怪“磁星”。这颗天体位于1.5万光年外的天鹅座方向，像脉冲星一样定时发射脉冲信号。但是相比那些频率快到秒级的脉冲星，这颗天体的脉冲频率慢到长达22分钟，且发射的信号每次会持续5分钟。

查询档案后，研究人员发现，该天体的脉冲信号早在1988年就被记录到了，而且一直持续了30多年，不过直到近期才得到科学家的认真考察。

那么这颗天体到底是什么呢？

第一种猜测是，它是自转慢到破纪录的中子星。因为中子星转久后，能量会逐渐流失，从而越转越慢。可是，在能量下降的同时，中子星的磁场所产生的辐射束也会日趋衰竭。根据计算，22分钟自转一圈的中子星已经衰老到不能发射脉冲了，所以GPM J1839-10应该不是衰老的中子星。

中子星甚至可以不到1秒发射一次脉冲（图片来源：澳大利亚国立望远镜机构）

天文学家们又想到第二种可能性：磁星。磁星是一种磁性比普通中子星强上千倍的罕见中子星，至今只发现了20多颗。磁星自转速度比较慢，好几秒才能转一圈，上面的环境不是很稳定，经常爆发，产生强烈的X射线，一并会出现射电脉冲。如果在GPM J1839-10周围发现了X射线，那不就说明它是自转特别慢的磁星吗？但让人失望的是，人们没有在它周围发现高能射线的踪影。

磁星示意图（图片来源：《Astronomy》杂志官网）

难道GPM J1839-10不是中子星，而是别的天体？

揭秘进行时：白矮星，或未解之谜？

第三种猜想非常大胆：神秘天体也许是白矮星。

白矮星是质量较小的恒星熄灭后形成的致密天体，直径比中子星大数百倍，大小和地球差不多。你可能要问了，脉冲星不都是中子星吗？难道白矮星也能发出脉冲信号？

没错，人类还真的发现了两颗白矮星扮成的脉冲星：2016年发现的天蝎座AR星，每1.97分钟发射一波脉冲；而2023年发现的J1912-4410，约5分钟发射一波脉冲。

天蝎座AR星（图片来源：wikipedia）

两颗白矮星都和旁边的红矮星组成了双星，每几分钟就相互旋转一圈。从白矮星磁场中高速飞出的粒子甩向身旁的红矮星，一番“隔山打牛”形成强烈的脉冲。这样的白矮星每几分钟才产生一次脉冲，频率相比中子星的秒级，和22分钟算是很接近了，那它们是否是神秘脉冲的来源呢？

遗憾的是，白矮星的猜测还是匹配不上现实。因为白矮星释放的能量较少，刚刚提到的天蝎座AR星，亮度就只有GPM J1839-10的千分之一。

如果这颗天体既不是磁星、中子星，也不是白矮星，那它会是什么呢？

历史仿佛回到了人类曾把脉冲星当作“小绿人信号”的1967年，今天的许多人也把GPM J1839-10视为可能的“外星人信号”。但取得这次发现的科学家团队在2022年还曾发现另一颗类似的神秘天体，编号GLEAM-X J162759.5-523504.3，它每18分钟11秒发射一次持续约1分钟的脉冲信号，不过这个信号维持两个月就消失了。

两个不同的地外文明不至于发出一个样子的信号，这和“LGM-1”不是“小绿人”是一个道理，最近出现的两个神秘脉冲信号也是同一种天体搞的鬼，而不是外星人传来的。看来，宇宙中存在一种每隔20分钟左右发射一次脉冲的天体，既可能是自转超慢的新型中子星，也可能是全新的未知天体。它是一种自然形成的天文现象，只等我们用新的观测结果和理论来解释它。

结语

历史上，天文学家自1967年发现脉冲星后，发现越来越多类似的天体，随着数据的积累，终于揭示出它们的秘密。在今天，倘若我们想查明GPM J1839-10是什么，最好的办法也许是对天空开展更详细、更持久的观测，并开拓新的理论。当我们发现更多类似的射电源之后，谜底距离揭开也就不远了。

参考文献：

[1] Hurley-Walker, N., et al. "A long-period radio transient active for three decades." Nature 619.7970 (2023): 487-490.

[2] Kaspi, Victoria M. "Slow-beating radio waves from a long-lived source." (2023): 472-473.

[3] A rare, mysterious radio source is stumping astronomers, Astronomy Magazine.

[4] Bizarre 'slow' neutron star challenges our theories about dead stars.

[5] Something in space has been lighting up every 20 minutes since 1988, ArcTechnica.