【中新社北京8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:位於大麥哲倫雲星系中編號為PSR B0540-69的脈衝星,在自轉減速率突然變大之後的一年多時間裡,其星風雲的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衝星自轉狀態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。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。
脈衝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。根據脈衝星經典輻射理論,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,這是導致脈衝星自轉減慢的主要原因。脈衝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)的脈衝星風雲,著名的蟹狀星雲就是這樣一個脈衝星風雲。
2011年12月,天文學家發現脈衝星PSR B0540-69的自轉減速率突然增加約36%,然後保持穩定。此前,雖然在多顆脈衝星中也觀測到這類脈衝星自轉減速率突變的現象,但與之不同的是,PSR B0540-69脈衝星在自轉減速率突變後,並沒有表現出脈衝輻射特徵的顯著變化,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,在該脈衝星發生自轉減慢速率突變之後,圍繞在其周圍的脈衝星風雲的亮度在約400天內逐漸增加了32±8%,與該脈衝星自轉減速率的突變幅度相當。對比分析PSR B0540-69脈衝輻射和星風雲輻射的特性,研究組認為,導致脈衝星自轉減慢率突變的主要原因是脈衝星磁極區域的磁場升高。由於磁極區域磁場的變化和星風的強度直接相關,但對X射線脈衝輻射區的影響不大,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。同時,星風雲增亮的時標還表明,星風雲中的磁場為約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。◇