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中国天文学家最新发现:脉冲星风星云突然变亮的原因线索!

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2019-10-14  博科园

    天体物理学家发现,围绕著名脉冲星B0540-69的脉冲星风星云(PWN),在脉冲星经历了突然自旋下降速率转变(SRT)后逐渐变亮。这一发现是由中科院高能物理研究所的一组天体物理学家完成,为脉冲星自旋减速机制和磁场结构以及脉冲星风星云的物理性质提供了重要线索,其研究研发现发表在《自然天文学》上。脉冲星是由大质量恒星超新星爆炸产生高度磁化的中子星。

    脉冲星半径一般在10公里左右,表面磁场强度在1万亿高斯左右。根据经典脉冲星理论,孤立的脉冲星通过磁偶极子辐射失去能量,从而减速。然而,越来越多的理论家认为,孤立脉冲星失去转动能量的主要途径是通过由电子、正电子和可能的磁场组成相对论风。如果风足够强,最终会通过与周围物质的相互作用形成一个可探测脉冲星风星云。著名的蟹状星云就是这样一个脉冲星风星云。

    • (图示)脉冲星和脉冲星风星云(PWN)系统的图解(不按比例排列),来自中心脉冲星的相对论风被半径约一光年的冲击波终止,并开始辐射。脉冲星风星云典型大小有几光年。图片:Institute of High Energy Physics

    其大小为几光年,也就是说,大约是地球到太阳距离的十万倍。PSR B0540-69位于大麦哲伦星云星系中,这是一个距离银河系约16万光年的卫星星系。在2011年12月时,这颗脉冲星的自旋降速速率突然增加了36%,此后几乎保持不变,这意味着该脉冲星的能量释放速率也增加了36%。与其他具有类似自旋下降速率转变的脉冲星不同,这些脉冲星伴随着脉冲轮廓或磁通量的变化,并归因于磁层的变化

    PSR B0540-69没有检测到脉冲轮廓或磁通量的变化,这使得其SRT的原因成为一个谜。使用几颗X射线天文卫星获得的数据,发现PSR B0540-69周围的X射线脉冲星风星云在自SRT开始的大约400天内逐渐变亮,比之前高出32±8%。研究,SRT很可能是脉冲星磁极区磁场突然增强的结果,这不会显著影响脉冲X射线发射,但会增加脉冲星风力,从而增加脉冲星风星云X射线发射。

    这是首次在观测上将脉冲星风星云增亮与脉冲星自旋下降速率突变联系在一起,这意味着脉冲星风是减缓脉冲星自旋的主要因素。增加的400天时间尺度相当于脉冲星风星云中约0.8毫高斯的磁场强度。这也是首次直接测量磁场,与之前在一些假设下估计的值一致。

    博科园|研究/来自:中国科学院

    参考期刊《自然天文学》

    DOI: 10.1038/s41550-019-0853-5

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