Fermi Large Area Telescope (LAT)（费米大面积望远镜）通过高精度定位未识别的伽马射线源，为脉冲星搜索提供了显著优势，研究人员借此可以将 MeerKAT Radio Telescope（MeerKAT 射电望远镜）等射电望远镜对准特定的坐标。这种协同作用将搜索范围从整个天空缩小到数千个“类脉冲星”候选源，彻底改变了该领域。通过识别发射伽马射线但缺乏已知射电对应体的波源，天文学家可以高效地发现新的 millisecond pulsars (MSPs)（毫秒脉冲星），并为不断增长的高能宇宙天体目录做出贡献，这些天体对于引力波探测至关重要。
在 TRAPUM UHF 巡天中发现了多少颗新脉冲星？
TRAPUM UHF 巡天通过使用 MeerKAT Radio Telescope 对 79 个未识别的伽马射线源进行定向搜索，确定了 15 颗新脉冲星。这些发现包括九颗高速旋转的 millisecond pulsars (MSPs) 和六颗慢脉冲星，显著扩大了这些奇异中子星的已知种群，并确认其中七颗 MSPs 与 Fermi-LAT 源直接相关。
该研究由 Transients and Pulsars with MeerKAT (TRAPUM) 合作组织开展，这是一个利用南非 MeerKAT Radio Telescope 阵列威力的国际团队。在 Ramesh Karuppusamy、Michael Kramer 和 Francesca Calore 等研究人员的带领下，该团队采用随机森林机器学习技术筛选了 Fermi-LAT 第四个源目录。这种方法使他们能够在投入高分辨率射电观测时间之前，选出显示出脉冲星特征光谱特性的候选源。
研究人员在两个不同的时期对 79 个目标中的每一个进行了 10 分钟的观测，以确保探测的有效性。这一策略不仅产生了 15 个新天体，还实现了射电和伽马射线脉冲星联合计时。通过将射电脉冲与来自 Fermi 太空望远镜的伽马射线数据对齐，团队能够确认发射射电的中子星与轨道探测到的高能伽马射线发射之间的物理关联。
UHF 接收机在探测脉冲星方面与 L 波段相比如何？
MeerKAT Radio Telescope 的超高频 (UHF) 接收机（工作频率在 544 至 1088 MHz 之间）与传统的 L 波段搜索相比，对较弱的脉冲星表现出更高的灵敏度。通过利用较低的频率，TRAPUM 巡天实现了更高的新伽马射线 millisecond pulsars 探测率，证明了 UHF 波段在揭示可能在更高频率下被遮蔽的微弱信号方面更为有效。
该方法涉及之前的 L 波段巡天（其在约 1284 MHz 的更高频率下工作）与新的 UHF 数据之间的直接比较。结果表明，UHF 波段特别擅长寻找具有陡峭光谱指数的脉冲星——即那些在较低频率下更亮的脉冲星。这一技术优势对于识别之前可能被灵敏度较低的设备或高频巡天所忽略的“微弱”脉冲星至关重要。
- 频率范围：UHF (544-1088 MHz) 对比 L 波段 (~1284 MHz)。
- 灵敏度：增强了对低通量密度天体的探测。
- 效率：针对伽马射线候选源，每小时观测的发现率更高。
- 星际介质：提高了减轻某些类脉冲星色散和散射效应的能力。
宇宙食人者：蜘蛛脉冲星的发现
蜘蛛脉冲星 (Spider pulsars) 是罕见的联星系统，其中一颗毫秒脉冲星通过强烈的辐射和高能粒子风系统地侵蚀其伴星。这些系统根据伴星的质量进行分类：Black Widows（黑寡妇）的特点是极低质量的伴星（小于 0.1 个太阳质量），而 Redbacks（红背）则涉及更重、更充实的伴星，这些伴星经常掩食脉冲星的射电信号。
在 TRAPUM 巡天发现的九颗毫秒脉冲星中，研究人员确定了三颗 Black Widows 和三颗 Redbacks。这些发现特别重要，因为蜘蛛脉冲星为研究“回收”过程提供了一个独特的实验室，在这个过程中，脉冲星通过从其伙伴积聚物质而加速到毫秒量级的自转周期。这些系统中强烈的脉冲星风最终开始蒸发伴星，导致一场戏剧性的宇宙死亡之舞，最终可能使脉冲星变得孤立。
通过对射电掩食的观察，这六个蜘蛛系统的发现得到了进一步支持。在这些情况下，从伴星剥离出来的气体形成了一层遮蔽，周期性地阻挡射电脉冲到达地球。通过测量这些掩食并估算伴星质量，Ramesh Karuppusamy 及其团队可以更好地了解紧邻中子星的恒星的存活率。
对中子星物理学有何影响？
这 15 颗脉冲星的发现为理解联星系统的演化路径和中子星物质的极端物理学提供了关键数据。通过将射电观测与伽马射线数据联系起来，科学家可以完善脉冲星辐射机制模型，并探索这些天体如何从慢速旋转的恒星转变为用于引力波研究的超快速毫秒脉冲星。
多波段天文学对于构建完整的宇宙图景至关重要。在整个电磁波谱进行联合计时的能力，可以以前所未有的精度测量这些恒星的旋转和轨道动力学。这种精度对于最终探测纳赫兹引力波背景至关重要，因为更大、更多样化的定时脉冲星阵列增加了全球脉冲星计时阵列的灵敏度。
此外，所发现种群的多样性（从慢脉冲星到高能 MSPs）突显了 Fermi-LAT 第四个源目录的多样性。这表明我们银河系中许多剩余的未识别伽马射线源很可能是等待被下一代灵敏射电接收机发现的中子星。
TRAPUM 巡天和 MeerKAT 的下一步计划是什么？
未来的观测将集中在对这些新发现进行长期计时，以精确绘制其轨道并寻找额外的相对论效应。TRAPUM 巡天继续扫描天空，MeerKAT Radio Telescope 作为 Square Kilometre Array (SKA) 的主要前身，后者最终将成为世界上最大、最灵敏的射电望远镜。
UHF 巡天的成功表明，转向较低频率的观测可能会在之前被认为空旷的银河系区域产生更多发现。研究人员计划扩大搜索范围，将 Fermi-LAT 目录中的更多候选源纳入其中，从而有可能发现目前超出我们当前探测阈值的“缺失”脉冲星种群。随着 Michael Kramer 和其他合作者完善他们的搜索算法，天基伽马射线望远镜与地基射电阵列之间的协同作用仍将是脉冲星发现的黄金标准。
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