近日，厦门大学天文学系本科生汪昭怡以第一作者身份在国际天文学期刊The Astrophysical Journal发表题为“Discovery of Three Glitches in the Previously Quiet Pulsar PSR J1637−4642”的研究论文。厦门大学天文学系李昂教授为论文通讯作者。

该研究基于澳大利亚帕克斯射电望远镜Murriyang长达15.5年的高精度计时观测数据，在一颗此前未发现周期跃变（glitch）的年轻脉冲星PSR J1637−4642中识别出三次不同幅度的glitch，并进一步利用具有明确物理基础的涡旋蠕动（vortex creep）模型，对其中最大一次跃变后的恢复过程进行了定量分析。研究结果丰富了脉冲星glitch样本，也为理解中子星内部超流体动力学及角动量输运机制提供了新的观测依据。

在一颗“宁静”脉冲星中发现三次glitch

脉冲星是快速旋转、具有强磁场的中子星。由于持续释放转动能，其自转频率通常会随时间缓慢下降。然而，部分脉冲星会偶尔发生自转频率突然增大的现象，称为glitch。目前普遍认为，glitch与中子星内部超流成分和可观测固态壳层之间的角动量交换密切相关。超流中子通过量子化涡旋（vortex）携带角动量，部分涡旋可被钉扎（pinning）在内壳层的原子核晶格上。随着中子星持续自转减慢，超流成分与壳层之间逐渐形成转速差。当这种差异积累到一定程度时，大量涡旋可能突然解钉扎（unpinning），并将储存的角动量传递给壳层，从而引起脉冲星自转频率的骤然上升。因此，glitch及其后的恢复过程，为研究中子星内部无法直接观测的超流、涡旋钉扎和角动量交换提供了重要窗口。

PSR J1637−4642是帕克斯多波束脉冲星巡天（Parkes Multibeam Pulsar Survey）发现的一颗年轻孤立脉冲星，其自转周期约为154毫秒，特征年龄约为4.1万年。尽管它较为年轻、具有较高的自转能损率，而这些特征通常与活跃的周期跃变行为相关，但自2003年被发现以来，该脉冲星在很长一段时间内没有表现出明确的周期跃变迹象，因此一度被视为一颗相对“安静”的脉冲星。

论文图1｜PSR J1637−4642的三次glitch及其长期演化。

研究团队系统分析了Murriyang射电望远镜在2009年2月19日至2024年10月6日（MJD 54881—60589）期间积累的计时观测数据。在进行射频干扰排除、脉冲轮廓处理和高精度计时分析后，团队获得了166个可靠的脉冲到达时间（time of arrival，ToA），并从中识别出三次明确的周期跃变事件，如论文图1所示。

三次事件具有不同的跃变幅度和演化特征，表明PSR J1637−4642并非真正意义上的“无跃变”脉冲星，而可能只是经历了较长的跃变静默期。这一发现说明，长期未观测到glitch并不意味着脉冲星未来不会发生跃变；部分看似宁静的脉冲星，可能仍在内部持续积累超流体与正常组分之间的角动量差，并在达到临界条件后发生跃变。该结果进一步提示，脉冲星的“宁静”与“活跃”可能并非截然分离的两类状态，而可能反映不同的内部角动量积累速率、涡旋钉扎条件和跃变等待时间。为进一步理解 PSR J1637−4642 的glith活动，研究团队将其与 Crab、Vela 等5颗研究较为充分的年轻glitch脉冲星进行了比较（见表3）。

以物理模型解析跃变后的恢复过程

为了从第一次跃变的恢复行为中提取中子星内部物理信息，研究团队没有局限于传统的经验指数函数拟合，而是采用具有明确物理图像的涡旋蠕变模型，对跃变后的自转减慢率演化进行分析。该模型认为，钉扎在中子星内壳层晶格中的超流涡旋，可以在有限温度下通过热激活过程逐渐跨越钉扎势垒，从而在超流成分与壳层之间持续传递角动量。周期跃变会打破原有的动力学平衡，而跃变后的涡旋蠕变过程则推动系统逐渐恢复至新的平衡状态。

团队结合Bilby贝叶斯推断工具和嵌套采样方法，对模型参数的后验概率分布进行了估计。与单纯采用经验函数相比，这一方法不仅能够描述跃变后的计时演化，还可将观测特征与中子星内部超流区域的动力学性质联系起来。

分析表明，参与此次跃变后恢复过程的超流体有效转动惯量约占中子星总转动惯量的1.87%，模型推断的内禀弛豫时间约为102天。这些结果说明，中子星内部只有一部分超流区域参与了此次可观测的角动量交换，并为约束相关区域的涡旋钉扎和蠕动过程提供了定量依据。

需要指出的是，相关参数仍会受到脉冲星计时噪声、观测间隔和模型假设等因素影响。未来若能获得覆盖跃变前后、尤其是跃变早期阶段的更高频次观测，将有助于进一步提高内部物理参数的测量精度。

论文表3｜年轻自转突变脉冲星的比较。

表中列出了包括 PSR J1637−4642 在内的6颗典型年轻脉冲星的基本自转参数与代表性glitch性质。各行依次给出自转周期 P、特征年龄（characteristic age）τc = P/(2Ṗ)、自转减速能损率（spin-down luminosity）Ė、表面偶极磁场强度（surface dipole magnetic field strength）Bs、平均自转突变率（mean glitch rate，每年发生次数）、已观测到的典型相对突变幅度（fractional glitch size）Δν/ν，以及在数据可用时给出的代表性恢复比例（recovery fraction）Q。表中区间表示文献报道的不同自转突变事件所覆盖的范围。PSR J1637−4642 的相关参数以粗体标出。

为认识脉冲星跃变活动提供新样本

该研究的主要意义体现在三个方面。

首先，研究在一颗此前长期未发现glitch的脉冲星中识别出三次跃变事件，扩充了年轻脉冲星的跃变样本，并表明长期观测对于识别低活跃度或长等待时间的跃变脉冲星至关重要。

其次，三次不同幅度的跃变出现在同一颗脉冲星中，说明单个天体内部可能存在多尺度的角动量释放过程。不同跃变可能涉及不同数量的量子化涡旋、不同范围的超流区域，或不同程度的涡旋集体脱钉。

最后，研究采用具有明确微观物理图像的涡旋蠕动模型分析跃变后恢复，将宏观计时观测与中子星内部超流体动力学相联系，为利用脉冲星长期计时数据研究致密物质性质提供了新的案例。

长期计时观测打开中子星内部窗口

中子星内部具有极高密度，其物质状态难以在地面实验室中直接重现。脉冲星glitch持续时间短、发生时刻难以预测，对观测连续性和时间分辨率提出了较高要求。与此同时，跃变后的长期恢复又可能持续数月甚至更久，因此既需要快速跟踪，也依赖多年积累的稳定计时数据。

PSR J1637−4642的研究表明，长期保持稳定的脉冲星计时观测，不仅能够发现容易被遗漏的小幅跃变，还可以揭示看似宁静的脉冲星所经历的内部活动。通过扩大样本、提高时间分辨率，并将观测数据与涡旋动力学、超流体模型及中子星状态方程研究相结合，脉冲星glitch可成为探测中子星内部结构和致密物质性质的重要工具。

本科生科研训练取得积极成果

该工作由厦门大学天文学系本科生汪昭怡、郑楮文、庄雨虹、张瀚宇、博士研究生刘鹏（现青海大学）、博士后涂中豪（现贵州师范大学）和李昂教授合作完成，是本科生参与前沿天体物理研究并取得实质性成果的代表性案例。论文在国际专业期刊发表，体现了厦门大学天文学科在本科生科研训练、前沿项目参与和创新能力培养方面取得的积极成效。研究获得国家自然科学基金项目和厦门大学大学生创新创业训练计划等项目支持。

本研究是团队在致密物态与脉冲星跃变交叉方向上的系列工作之一。从统一状态方程建模和微观钉扎力计算，到跃变动力学的自洽模拟与贝叶斯推断，研究团队持续致力于将微观核物理与宏观天体物理观测相结合，为理解中子星内部结构及致密物质性质提供理论支持。欢迎关注https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4ODM2NjQ5Ng==&action=getalbum&album_id=2454854141660528642#wechat_redirect了解更多近期相关研究工作（公众号：Nucl_Astrophys_xmu）。

论文信息：

Z. Wang, C. Zheng, Y. Zhuang, H. Zhang, P. Liu, Z. Tu, and A. Li, “Discovery of Three Glitches in the Previously Quiet Pulsar PSR J1637−4642,” The Astrophysical Journal, accepted (2026).

预印本链接：https://arxiv.org/abs/2608.19555