我國科學家發現脈衝星自轉狀態突變導致星風雲亮度變化

2020-11-23 科學技術部

　　經典輻射理論認為高速自轉的脈衝星通過磁偶極輻射釋放能量，同時自轉減慢。但近來越來越多的理論認為，導致脈衝星自轉減慢的主要原因是高速旋轉的磁場產生的以接近於光速向外運動的星風。在星風向外擴散的過程中，密度和衝擊壓越來越低，最終在與周圍環境壓強相平衡的地方形成截止激波，帶電粒子在激波中可能被進一步加速，然後通過同步輻射發出X射線和/或其他能量的光子，形成諸如著名的蟹狀星雲這樣空間尺度為幾光年的脈衝星風雲（如圖）。然而，這一過程的物理機制仍然非常不明確，主要原因在於天文學家雖然能觀測到脈衝星和星風雲相關聯，但無法在時間上建立二者的物理聯繫。
　　近日，在「大科學裝置前沿研究」重點專項等的支持下，中國科學院高能物理研究所葛明玉、盧方軍研究組等與國外合作者第一次發現脈衝星自轉減速率突變導致脈衝星風雲亮度變化的現象，為研究脈衝星自轉減速機制、脈衝星磁場結構以及脈衝星風雲的基本物理性質提供了重要的觀測依據。通過分析多顆X射線天文衛星對脈衝星PSR B0540-69的觀測數據，研究人員發現，在自轉變慢的減速率發生突變（減速率的數值突然增加約36%）之後，該脈衝星周圍的X射線脈衝星風雲的亮度逐漸增亮，在約400天內逐漸增加了32±8%，與其自轉減速率的突變幅度相當。這種自轉減速率的突變與傳統的脈衝星脈衝性質非常不同，研究人員認為其源於脈衝星磁極區域的磁場升高，從而導致了脈衝星風的增強和脈衝星風雲的X射線發射。
　　這一研究首次在觀測上建立了從脈衝星自轉減速率突變、星風增強到星風雲變亮的時間和邏輯關係，也證明星風是導致該脈衝星自轉變慢的主要原因。相關研究結果於2019年8月26日在《Nature Astronomy》（自然·天文學）上在線發表。


圖: 脈衝星及脈衝星風雲系統示意圖，中間橙色部分代表脈衝星（不按比例）。
（圖片來源：中國科學院高能物理研究所, 葉梓頤）

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