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中國科學家領銜發現脈沖星自轉狀態突變導致星風云亮度變化

來源:中新網2019-08-28 08:54

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  脈沖星及脈沖星風云系統的示意圖,中間的橙色部分代表脈沖星(僅為示意繪制,天體大小不反映實際比例)。中科院高能所/供圖

  中新網北京8月27日電 (記者 孫自法) 記者27日從中國科學院高能物理研究所(中科院高能所)獲悉,該所葛明玉副研究員、盧方軍研究員帶領的國際合作研究小組最新發現:位于大麥哲倫云星系中編號為PSR B0540-69的脈沖星,在自轉減速率突然變大之后的一年多時間里,其星風云的X射線亮度逐漸增加了相當的比例。

  這是天文學家第一次觀測到脈沖星自轉狀態突變導致脈沖星風云亮度變化的現象,為研究脈沖星自轉減速機制、脈沖星磁場結構以及脈沖星風云的基本物理性質提供了重要的觀測依據。由中國科學家領銜的這一重要天文發現成果相關論文,已獲國際權威期刊《自然·天文學》在線發表。

  脈沖星是高速轉動的強磁場中子星,是大質量恒星壽命晚期發生超新星爆發的過程中形成的,其半徑只有10千米左右,而典型磁場約為一萬億高斯,相當于地球磁場的兩萬億倍。根據脈沖星經典輻射理論,高速自轉的脈沖星通過磁偶極輻射釋放能量,同時自轉減慢。但越來越多的理論家認為,高速旋轉的磁場也會產生以接近光速向外運動的星風,這是導致脈沖星自轉減慢的主要原因。脈沖星風和周圍環境作用,會形成空間尺度為幾光年(地球到太陽距離的十萬倍左右)的脈沖星風云,著名的蟹狀星云就是這樣一個脈沖星風云。

  2011年12月,天文學家發現脈沖星PSR B0540-69的自轉減速率突然增加約36%,然后保持穩定。此前,雖然在多顆脈沖星中也觀測到這類脈沖星自轉減速率突變的現象,但與之不同的是,PSR B0540-69脈沖星在自轉減速率突變后,并沒有表現出脈沖輻射特征的顯著變化,其起因成為未解之謎。

  中科院高能所牽頭的國際合作研究小組通過分析多顆X射線天文衛星對PSR B0540-69的觀測數據發現,在該脈沖星發生自轉減慢速率突變之后,圍繞在其周圍的脈沖星風云的亮度在約400天內逐漸增加了32±8%,與該脈沖星自轉減速率的突變幅度相當。對比分析PSR B0540-69脈沖輻射和星風云輻射的特性,研究組認為,導致脈沖星自轉減慢率突變的主要原因是脈沖星磁極區域的磁場升高。由于磁極區域磁場的變化和星風的強度直接相關,但對X射線脈沖輻射區的影響不大,因此可以合理地解釋所有的觀測現象。

  研究小組最新發表的這一重要天文發現成果,首次在觀測上建立了從脈沖星自轉減速率突變,星風增強到星風云變亮的時間和邏輯關系,也證明星風是導致該脈沖星自轉變慢的主要原因。同時,星風云增亮的時標還表明,星風云中的磁場為約0.8毫高斯,這個直接測量值與之前在能量均分假設下推算的數值相當。

[ 責編:趙清建 ]
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