TRAPUM大型麦哲伦云巡天新发现：12颗脉冲星及其计时研究揭示星系脉冲星新特征

《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》：The TRAPUM Large Magellanic Cloud pulsar survey with MeerKAT II: 12 new discoveries and timing solutions for 7 pulsars

本刊推荐：TRAPUM（TRAnsients and PUlsars with MeerKAT）团队利用MeerKAT射电望远镜对大型麦哲伦云（LMC）开展脉冲星系统巡天，成功发现12颗新脉冲星并将LMC已知脉冲星数量提升至44颗（增幅达80%）。研究首次报道了迄今最慢的河外射电脉冲星PSR J0454-6927（周期2238 ms）和最高色散测量值脉冲星PSR J0452-6921（DM=326 pc cm-3），并通过计时分析获得7颗脉冲星的相位连接解，为研究低金属度环境下的脉冲星种群演化提供了关键样本。

　　

在浩瀚的宇宙中，大型麦哲伦云（LMC）作为银河系最近的邻居之一，一直是天文学家探索河外天体的重要窗口。这个距离地球约49.6千秒差距的矮星系，以其较低的金属度和活跃的恒星形成率，为研究不同于银河系环境下的脉冲星种群提供了独特实验室。然而，由于观测灵敏度的限制，此前在LMC中仅发现32颗射电脉冲星，样本的不足严重制约了我们对星系演化、星际介质特性和致密天体物理的深入理解。

为解决这一科学瓶颈，由南非MeerKAT射电望远镜支持的TRAPUM（TRAnsients and PUlsars with MeerKAT）大型巡天项目展开了系统性探索。在《皇家天文学会月报》最新发表的研究中，Prayag等人报告了该项目的重大进展：通过18个新观测点位的搜索，发现了12颗新的射电脉冲星，使LMC已知脉冲星总数达到44颗，实现了80%的数量增长。这一突破不仅显著扩大了河外脉冲星样本，更带来了多项纪录性发现：PSR J0454-6927以2238毫秒的自转周期成为迄今最慢的河外射电脉冲星；PSR J0452-6921则凭借326 pc cm^-3的色散测量值（DM）创下河外脉冲星电子柱密度的新高峰。这些发现为了解LMC的星际介质分布和脉冲星种群多样性提供了珍贵数据。

研究团队采用多波段协同观测策略，主要技术方法包括：1）利用MeerKAT L波段接收机（856-1712 MHz）进行2小时深度搜索观测，采用2048频率通道和153微秒采样时间的优化参数；2）运用相干波束形成（CB）技术生成最多768个波束，大幅提升天空覆盖率和探测灵敏度；3）通过伪对数间隔计时观测法，结合MeerKAT UHF波段（544-1088 MHz）和Parkes Murriyang望远镜超宽带接收机（UWL）进行多波段跟踪；4）基于PSRCHIVE和TEMPO2软件平台的高精度脉冲轮廓分析和计时模型拟合。观测数据来源包括TRAPUM项目自有的搜索观测和针对性地设计的时序监测数据。

搜索发现

新发现的12颗脉冲星自转周期覆盖245-2238毫秒范围，DM值介于62-326 pc cm^-3之间，均显著超过银河系对LMC的DM贡献（约53-58 pc cm^-3），证实其确实位于LMC内。其中PSR J0458-7024以34.2的信噪比成为巡天迄今最亮目标，流量密度达21.8 μJy（1400 MHz）。通过von Mises函数拟合测得的脉冲宽度（W₅₀）显示各脉冲星占空比在1.6%-4.6%之间，呈现典型的正常脉冲星特征。

PSR J0536-6923的精确定位

研究还利用高灵敏度数据对先前发现的PSR J0536-6923进行了精确定位改进。该脉冲星在Murriyang观测中仅以8.5信噪比被检测到，而MeerKAT观测使其信噪比提升至79，并通过四个相邻波束的检测将定位精度显著提高。

计时解决方案

通过两个阶段的计时观测，研究团队获得了7颗脉冲星的相位连接计时解。第一计时活动针对Paper I中发现的PSR J0509-6838、J0509-6845、J0518-6939和J0519-6931，使用L波段和UWL数据；第二计时活动则针对新发现的PSR J0501-6609、J0501-6611、J0531-6717以及后期发现的PSR J0534-6905，采用UHF波段观测。

计时结果显示所有脉冲星均为孤立天体，特征年龄范围从2.4万年（PSR J0509-6838）至885万年（PSR J0501-6609），后者成为目前已知特征年龄最长的河外射电脉冲星。表面磁场强度（log₁₀B）在10^11.5-10^12.9高斯之间，自转减速光度（log₁₀?）范围为10^32.8-10^35.5erg s^-1，与银河系正常脉冲星种群特征相符。

脉冲轮廓与偏振特征

多波段脉冲轮廓分析揭示了有趣的频率演化行为。例如PSR J0501-6609在UHF波段呈现单峰带前导肩结构，而在L波段则演变为更窄的明确单峰；PSR J0501-6611则显示出从UHF波段的三组分（核心+两个锥状组分）向更高频段的双组分结构演化。偏振观测中，PSR J0534-6905显示出-20.2±6.8 rad m^-2的旋转测量（RM）值，这是了解LMC星际磁场的重要线索。

研究结论部分强调，TRAPUM LMC巡天将河外射电脉冲星样本扩大了近一倍，为比较天体物理研究提供了关键数据。新发现的脉冲星在P-?图上分布于正常脉冲星区域，扩展了我们对低金属度环境下脉冲星演化的认知边界。特别值得注意的是，PSR J0509-6838可能是一个年轻脉冲星（特征年龄约2.4万年）或潜在的双星系统，需要进一步观测确认。这些发现不仅丰富了LMC脉冲星种群统计样本，也为未来利用平方公里阵列（SKA）开展更高灵敏度的河外脉冲星普查奠定了方法论基础。

该研究通过系统性的搜索策略和精密的计时分析，显著推进了我们对河外脉冲星物理特性的认知，建立了连接银河系与邻近星系脉冲星种群研究的桥梁，为未来利用新一代射电望远镜设施探索宇宙中的致密天体打开了新的窗口。