The FAST Globular Cluster Pulsar Survey (GC FANS)
FASTの球状星団パルサー・サーベイ（GC FANS）は、14個の球状星団において、記録的な連星や稀な二重中性子星候補を含む60個のパルサーの発見を報告しており、これらの星団の大部分が、より低い恒星密度に起因して銀河円盤部と同様のミリ秒パルサー集団を宿していることを明らかにしている。
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何十億年もの間、天の川銀河を周回してきた球状星団の、古く混み合った中心部の奥深くには、隠れた宇宙の灯台が潜んでいます。これらはパルサーであり、大質量星が爆発した後に残った、極めて高密度で高速回転する残骸です。これらの星団の星の多くは古く静かですが、星団中心部の強烈な重力は星同士の相互作用を強制し、しばめて互いを連星系へと取り込みます。この緊密なダンスの中で、死んだ星は生きている伴星から物質を吸い上げ、自身を毎秒数百回転するまで加速させます。これらの「リサイクル」されたパルサーとして知られるミリ秒パルサーは、宇宙で最も精密な時計です。天文学者たちは、これらの星団にはそれらが溢れているはずだと長年疑ってきましたが、数十年にわたり、私たちの望遠鏡は、最も遠い、あるいは最も暗いものからの微かな信号を捉えるには、単に感度が不十分でした。
中国にある五百メートル口径球面電波望遠鏡（FAST）を用いた研究チームが、今、その構図を変えようとしています。世界最大の単一電波皿であるこの巨大な観測装置は、その位置から観測可能な41の球状星団に対して、深く徹底的な探索を行いました。その結果は、知識の劇的な拡大をもたらしました。GC FANSとして知られるこの調査により、14の異なる星団から60個の新しいパルサーが発見されました。この単一の取り組みは、北天における既知のパルサーの数を2倍以上に増やし、これらの古代の星団が以前考えられていたよりもはるかに多様で活動的であり、最速の回転を示すパルサーから、このような高密度環境下で見つかった最も広い連星系に至るまでを宿していることを明らかにしました。
この調査は、従来の望遠鏡が見逃してきた信号を探すように設計されました。球状星団は非常に遠い場所にあることが多いため、そこにあるパルサーからの電波信号は極めて微弱です。FASTをこれらの星団の中心に向けて長時間観測することで、チームは以前は目に見えなかった信号を検出することができました。彼らは、多くの新しいパルサーが、確かに予想通りのミリ秒単位（3万分の1秒未満）で回転するミリ秒パルサーであることを発見しましたが、その集団には真に奇妙なアウトライヤー（例外的な天体）も含まれていました。他の星団と比較して驚くほど希薄なM71と呼ばれる星団において、チームは回転周期101ミリ秒のパルサーを発見しました。この天体は、大質量の伴星を持つ高度に楕円形の軌道を描いており、その系の総質量は、2つの中性子星のペアであることを示唆しています。これは稀な発見です。このようなペアの多くは、球状星団内での星同士の混沌としたランダムな衝突を通じて形成されると考えられているからです。しかし、この特定の系の特性は、それが激しい遭遇によるものではなく、星団の初期段階における大質量連星系から自然に形成されたことを示唆しており、これは私たちの銀河のより静かな領域で見られる同様のペアと一致します。
M71における発見は、M71BとM71Cという他の2つの注目すべき系ももたらしました。これらは、1回の公転にそれぞれ466日と378日近くを要する、信じられないほど広いループで伴星の周囲を回っているパルサーです。これらは、球状星団内で知られている中で最も広い連星パルサー系です。これらの星団が通常存在するような高密度の環境では、このような広い軌道は、通り過ぎる星の重力的な揺さぶりによって容易に破壊されるはずです。これらが生き残っているという事実は、M71が、このような破壊的な遭遇が稀である低密度な星団であることを示唆しており、それによってこれらの繊細で長周期の系が数十億年にわたって存続することを可能にしています。この発見は、星団内のパルサーの数が、単にどれほど星が密集しているかだけに依存するという単純な考えに異を唱えるものです。たとえ希薄な星団であっても、適切な条件があれば、他の場所では破壊されてしまうようなエキゾチックな系を保存することができるのです。
これらのエキゾチックなアウトライヤーを超えて、この調査はより広範な傾向を裏付けました。すなわち、これらの星団で見つかるパルサーは、混沌とした破壊された系ではなく、私たちの銀河の静かな円盤で見られるミリ秒パルサーに似ていることが多いということです。これは、多くの星団において、連星が周囲の星によって引き裂かれることなく、平和的に進化し、パルサーをリサイクルしていることを示唆しています。チームはまた、M92やNGC 6712を含むいくつかの既知のパルサーについても、精密なタイミング測定を更新しました。これらの測定は、これらの宇宙の時計の正確な刻みがアインシュタインの一般相対性理論からの微妙な逸脱を明らかにし得るため、重力の法則をテストする上で極めて重要です。まだそのような逸脱は見つかっていませんが、新しいデータは将来のテストのためのより鋭いツールを提供しています。
この調査の成功は、天文学における感度の力を浮き彫りにしています。より暗く、より遠くを見ることができるようになったことで、FASTは、球状星団におけるパルサーの集団が、以前の感度の低い観測装置が示していたよりもはるかに豊かで多様であることを明らかにしました。60個の新しいパルサーの発見（最も広い連星系や、自然な進化を通じて形成された可能性のある二重中性子星系を含む）は、天文学者に、これらの系がどのように形成され、生存するかを再考することを強いています。それは、最も古く、最も混み合った恒星環境においてさえ、自然が幅広い種類の宇宙の時計を生み出すことができ、その中には、宇宙の年齢のほぼ全期間にわたって妨げられることなく刻み続けているものもあることを示唆しています。チームがデータの分析を続け、観測を洗練させていくにつれ、これらのパルサーは、星団のダイナミクスや物理学の基本法則を理解するための、さらに強力なプローブ（探針）となるでしょう。
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