The Vela supernova remnant at optical wavelengths (Credit: CTIO/AURA/NSF), with location of the Vela pulsar indicated. Inset: Artist's impression of the pulsar’s interior, and the interaction between superfluid vortices and the nuclei that make up the star’s crust.

    脉冲星周期跃变（glitch）提供了研究超核密度物质状态方程（EoS）和中子星内部物质组成的重要窗口。目前约6%的已知脉冲星表现出这种行为，其中Vela脉冲星的观测数据尤为丰富。理论与观测的协同进展有望建立适用于Vela类脉冲星的通用跃变模型，从而进一步揭示核力中尚不明确的同位旋性质，这是本研究关注的核心问题之一。

    一般认为，周期跃变是由脉冲星内部超流成分与正常成分（壳层）的快速角动量交换触发的。超流成分主要由超流中子组成，表现为超流涡旋。超流涡旋与中子星内壳层核晶格的相互作用（起源于核力）导致其可以钉扎在原子核上或原子核之间。当马格努斯力超过最大钉扎力后，大规模的涡旋解钉扎导致了角动量从超流成分到壳层的快速转移。为了尽可能多地从周期跃变观测中提取信息，最近，我们提出并实现了一种自洽且系统的方法，将微观核物理与宏观天体物理过程结合起来进行研究。

    在本研究中，我们首先采用核多体理论为基础，通过调整核力参数，统一描述中子星壳层与核心的状态方程及物质组成。在此基础上，计算了中子星内壳层超流涡旋在核晶格中的钉扎能，并进一步得到与核相互作用参数和超流极化强度相关的钉扎力演化。

    将上述微观和宏观信息输入周期跃变雪犁模型，我们以2000年Vela脉冲星跃变事件为例，分析了核力参数和中子星质量的可能取值范围。结果表明，涡旋在内壳层顶部区域倾向于弱的胞间钉扎，而在深层区域则更容易被强力钉扎在原子核上。在同位旋标量道下，所选的核力对钉扎性质影响较小；而在同位旋矢量道中，较小的对称能斜率L会减弱胞间钉扎，但增强核钉扎。极化效应则在两类钉扎机制中都起到减弱钉扎力的作用。结合2000年Vela跃变观测数据，我们将对称能斜率参数L限制在40 MeV以下，并推测Vela可能是一颗大质量中子星，其质量约为2.3个太阳质量。

图 2 周期跃变雪犁模型预测与Vela 2000周期跃变事件观测的比较。其中Ygl是耦合到正常成分的核心超流比例。Vela 2000周期跃变事件给出的跃变后短时标的自转下降率突变为18+-6。

    展望未来，进一步发展多体理论（包括相对论与非相对论全量子计算）并结合核意面（pasta）结构的影响，将有助于更准确地刻画内壳层中的钉扎机制。此外，FAST、SKA 和 eXTP 等观测设备的高质量脉冲星测时数据，以及多波段联合观测计划，将为我们提供关于中子星内部结构和磁层动力学的关键数据。

    相关研究工作以“Exploring Nuclear Forces with Pulsar Glitch Observations”为题已被ApJ接受发表（ Tu & Li,2025 ApJ 984, 200）。预印本链接：https://arxiv.org/abs/2412.09219。论文第一作者为涂中豪博士后，通讯作者为李昂教授。此工作得到了科技部SKA专项和国家自然科学基金的支持。