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我国科学家发现脉冲星自转状态突变导致星风云亮度变化

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  • 文章发布时间:2019年10月10日
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  经典辐射理论认为高速自转的脉冲星通过磁偶极辐射释放能量,同时自转减慢。但近来越来越多的理论认为,导致脉冲星自转减慢的主要原因是高速旋转的磁场产生的以接近于光速向外运动的星风。在星风向外扩散的过程中,密度和冲击压越来越低,最终在与周围环境压强相平衡的地方形成截止激波,带电粒子在激波中可能被进一步加速,然后通过同步辐射发出X射线和/或其他能量的光子,形成诸如著名的蟹状星云这样空间尺度为几光年的脉冲星风云(如图)。然而,这一过程的物理机制仍然非常不明确,主要原因在于天文学家虽然能观测到脉冲星和星风云相关联,但无法在时间上建立二者的物理联系。

  近日,在“大科学装置前沿研究”重点专项等的支持下,中国科学院高能物理研究所葛明玉、卢方军研究组等与国外合作者第一次发现脉冲星自转减速率突变导致脉冲星风云亮度变化的现象,为研究脉冲星自转减速机制、脉冲星磁场结构以及脉冲星风云的基本物理性质提供了重要的观测依据。通过分析多颗X射线天文卫星对脉冲星PSR B0540-69的观测数据,研究人员发现,在自转变慢的减速率发生突变(减速率的数值突然增加约36%)之后,该脉冲星周围的X射线脉冲星风云的亮度逐渐增亮,在约400天内逐渐增加了32±8%,与其自转减速率的突变幅度相当。这种自转减速率的突变与传统的脉冲星脉冲性质非常不同,研究人员认为其源于脉冲星磁极区域的磁场升高,从而导致了脉冲星风的增强和脉冲星风云的X射线发射。

  这一研究首次在观测上建立了从脉冲星自转减速率突变、星风增强到星风云变亮的时间和逻辑关系,也证明星风是导致该脉冲星自转变慢的主要原因。相关研究结果于2019年8月26日在《Nature Astronomy》(自然·天文学)上在线发表。

  

  图: 脉冲星及脉冲星风云系统示意图,中间橙色部分代表脉冲星(不按比例)。

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