脉冲星是宇宙中的灯塔。这些微小、致密的天体是中子星——曾经的大质量恒星的残骸——它们快速旋转，将辐射束射入太空。现在，天文学家首次详细绘制出了一颗直径 16 英里（约 26 公里）的脉冲星的表面。这一结果挑战了天文学家对脉冲星外观的教科书式认识，并为进一步了解这些极端天体打开了大门。
中子星内部成分探测器（Neutron star Interior Composition Explorer，简称 NICER）位于国际空间站外部，它会搜寻来自脉冲星等极端天体的 X 射线。在一系列发表于《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）的论文中，研究人员利用 NICER 观测了脉冲星 J0030+0451（简称 J0030），该脉冲星距离我们 1100 光年，位于双鱼座。由阿姆斯特丹大学研究人员领导的一个团队和马里兰大学研究人员领导的另一个团队，随时间观测了 J0030 的 X 射线光，以绘制脉冲星的表面图并测量其质量。两个团队都得出了出乎意料的结论。
绘制脉冲星图
脉冲星与黑洞一样，是密度极高但体积极小的天体。它们巨大的引力扭曲了周围的时空，使我们能够瞥见脉冲星的背面，即使它正在旋转消失。这种效应还会使脉冲星看起来比实际尺寸略大。由于 NICER 能够以极高的精度（优于 100 纳秒）记录脉冲星 X 射线的到达时间，研究人员得以构建出该恒星表面的地图，并以前所未有的精度测量其尺寸。
研究团队确定，这颗中子星的质量是太阳的 1.3 到 1.4 倍。其直径约为 16 英里（26 公里）。（相比之下，我们的太阳直径超过 864,000 英里（约 130 万公里）。）
这些数据并不令人惊讶。但接下来，天文学家们着手绘制 J0030 表面热点的位置。用于描述脉冲星的简单教科书图像显示，这些天体在各自的磁极处各有一个热点。随着恒星的旋转，热点像灯塔一样将辐射束射入太空。如果一个或两个光束恰好指向地球，天文学家就能观测到脉冲星。
J0030 的朝向是其北半球指向地球。因此，研究团队期望在北极附近看到一个热点。绘制热点的位置需要超级计算机建模，以区分 NICER 接收到的脉冲星 X 射线来自恒星表面的哪个位置。这项任务普通台式电脑可能需要十年才能完成，但超级计算机在一个月内就完成了。
新的脉冲星图景
研究团队发现的景象却截然不同：J0030 有两到三个热点，而且全部位于南部。阿姆斯特丹大学的研究团队认为，该脉冲星有一个小的圆形区域和一个细长的月牙形区域，它们在其较低纬度区域旋转。马里兰大学的研究团队则发现，X 射线可能来自南部地区的两个椭圆形区域，以及靠近恒星南极的一个较冷区域。
这两种结果都不是天文学家预期的简单图像，这表明导致热点的脉冲星磁场可能比最初设想的要复杂得多。虽然这一结果无疑让天文学家们感到困惑，但 NICER 科学负责人兼该研究的联合作者 Zaven Arzoumanian 在一份新闻稿中表示：“它告诉我们，NICER 正走在正确的道路上，帮助我们回答天体物理学中一个经久不衰的问题：物质在中子星超致密核心中以何种形式存在？”
有了这项成就，天文学家们现在将尝试使用更多的脉冲星来重复这项工作，从而更好地了解这些奇特的恒星的外观及其运作方式。
