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上海天马射电望远镜团组磁星研究再获新进展

网络2021-07-21 14:36:31 12

  磁星是宇宙中一类具有超强磁场的特殊天体,其磁场强度可达 1014-1015 高斯,为地球磁场的百万亿倍以上。目前仅发现 31 颗磁星及其候选体,它们通常表现为软γ射线重复暴和反常X射线脉冲星。其中仅 6 颗磁星探测到射电波段辐射,可谓少之又少。和常规脉冲星相比,磁星具有剧烈的高能现象、多样的辐射轮廓、频繁的自转变化等显著特点。无论是磁星的辐射还是结构、演化等基本问题一直是天文学研究的前沿热点。

  继上次成功探测到银河系中心黑洞周围磁星 PSR J1745-2900 的射电爆发后,中国科学院上海天文台天马射电望远镜团组又取得了磁星 Swift J1818.0-1607 观测研究新进展。这颗磁星于 2020 年 3 月 12 日因X射线爆发被首次发现,随后观测证实其具有持续的射电辐射,后续全球多台大型射电望远镜均将它列为重要观测目标。天马望远镜对该磁星进行双频率(2.25 GHz 和 8.60 GHz)同时监测研究,取得如下阶段性成果。

  【1】仅用一台望远镜(即天马望远镜)对该磁星实现了频率覆盖跨度高达 6 GHz 的双频同时观测。尽管国内外研究者已在多个频率对它观测,但多频同时观测资料非常稀缺。由于磁星辐射随时间多变且不可预测,不同时获得的多频资料无法准确揭示它的辐射随频率变化规律。不同频率辐射来自不同高度的辐射区域,因而多频平均轮廓能以“立体”视角反映磁星辐射信息。天马望远镜除了探测到这颗磁星较常见的单峰和双峰平均轮廓外,还多次观测到鲜有报道的“三峰”平均轮廓。研究发现其 2.25 GHz 和 8.60 GHz 的平均轮廓变化在绝大多数情况下并不同步,表明辐射随时间和频率变化的复杂性(见图1)。

  【2】用更长时间跨度的(约为已发表最长跨度的两倍)观测资料证实该磁星自转频率随时间减慢趋势和自转频率导数准周期震荡现象,成功拟合了自转频率长期变化的一阶导数,从而推导出更精确的特征年龄——约 522 年(见图 2 上两幅子图);

  【3】通过精确监测发现该磁星 2.25 GHz 和 8.60 GHz 流量随时间逐渐增大同时能谱逐渐变平(见图 2 底部两幅子图),解释了X射线爆发后的 27 天内未能探测到其 8.0 GHz 以上积分轮廓。

  【4】发现了该磁星有别于其它望远镜邻近时段的模式变换现象。所谓模式变换是少数脉冲星类天体在两个(及以上)亚稳态辐射之间快速“变脸”现象。尽管和澳大利亚帕克斯望远镜的观测仅仅相隔 3 天,天马望远镜 2020 年 7 月 21 号探测到的模式变换现象却伴有剧烈的流量变化。

  来自广州大学、北京师范大学、中国科学院新疆天文台、贵州师范大学、中国科学院高能物理研究所等单位的多位研究者参与这项工作。研究成果已经刊发在 2021 年 505 卷 1 期的《英国皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS)。有关磁星的后续监测还在天马望远镜进行,将进一步揭示这类天体奥秘。这项研究是在上海市自然科学基金、国家自然科学基金等项目支持下完成的。

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