高磁性死星发射神秘的能量爆炸

一幅插图显示了一颗中子星脉冲星爆发出快速的射电暴。（图片来源：uux.cn/Robert Lea（与Canva共同创作）/NASA）

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Robert Lea）：天文学家在银河系中捕捉到了一颗高磁性死星，或称“磁星”，它短暂地表现得像脉冲星，一种快速旋转的中子星。磁星在发射了最初于2020年探测到的强大辐射后，伪装成脉冲星。

这种发射是快速无线电爆发（FRB）的一个例子，这是一种神秘的能量爆炸，其来源和起源尚不清楚。尽管大多数FRB都被追踪到银河系以外的来源，但这颗被命名为FRB 20200428的FRB起源于我们的银河系，使其成为有史以来第一颗“银河系FRB”。FRB 20200428与高磁性中子星或“磁星”SGR J1935+2154有关，该恒星距离我们约30000光年，围绕银河系中心的超大质量黑洞人马座A*（SGR A*）运行。

这导致许多研究人员提出理论，认为从银河系外检测到的FRBs也起源于磁星。问题是缺少这种联系的明确证据。为了进一步追踪SGR J1935+2154，一个国际研究小组发现，这颗磁星在FRB 20200428发射五个月后进入短暂的“射电脉冲星阶段”时，表现得像一颗快速旋转的中子星或“脉冲星”。

为了研究这颗银河系磁星，研究小组求助于中国的500米口径球面射电望远镜（FAST），该望远镜首次发现了FRB 20200428。这台巨大的射电望远镜有着悠久的历史，使研究人员能够寻找FRB。

关于SGR J1935+2154的脉冲星晚期阶段，有趣的是FAST对它的探测方式与它对磁星FRB爆炸的探测方式不同。这向团队表明，这两种现象有不同的潜在起源。

中国国家天文台（NAOC）的团队负责人朱伟伟在一份声明中表示：“FAST在13天内的16.5小时内从源头检测到795个脉冲。”。这些脉冲显示出与从源观测到的[FRB]爆发不同的观测特性。"

FRB和脉冲之间“发射模式”的这种差异可以帮助天文学家更好地了解是什么在银河系内和遥远的宇宙距离发射了FRB。它还可以揭示更多关于中子星的各种形态。

与所有中子星一样，当一颗质量至少是太阳八倍的恒星达到核聚变燃料供应的终点时，磁星和脉冲星就会诞生。这切断了支撑恒星抵抗其自身引力向内挤压的向外能量流。

没有这种向外的辐射压力，恒星的核心就会坍塌。这会使冲击波穿过外层物质，引发巨大的超新星爆炸。由于这场灾难性的爆炸，恒星的外层被抛出，留下一个快速坍缩的恒星核心，其质量是太阳的一到两倍。该产品是一颗中子星，直径的减小幅度很大。

据估计，所有中子星的直径约为12英里（20公里），这意味着它们可以舒适地坐落在地球上的一些主要城市。不过，这样做的效果一点也不舒服。

在曼哈顿岛长的球体中，包含高达太阳质量两倍的物质。中子星是由一种独特的、密度极高的物质组成的，这种物质富含中子，中子通常与原子核中的质子结合在一起。如果从一颗中子星中挖出一个糖立方体大小的这种物质样本并带到地球，它的重量将达到惊人的10亿吨。这是整个人类重量的两倍多，估计为3.9亿吨。

然而，这并不是中子星的唯一极端特征。

中子星与曼哈顿岛的对比图。（图片来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）

由于角动量守恒，当新生中子星的直径迅速减小时，它的自转速度会大大提高。

滑冰就是一个非常现实的例子。当一名滑冰运动员想要提高旋转速度时，他们会挽起手臂。为了减缓这种旋转，他们张开双臂。

脉冲星是中子星，其自转速度极快，每秒可完成数百次旋转。事实上，迄今为止探测到的旋转最快的脉冲星是PSR J1748−2446ad，它每秒旋转716次。脉冲星也会从其两极发射辐射束。这意味着，当它旋转时，这种中子星像宇宙灯塔一样在宇宙中扫过辐射束。

中子星宽度的减小也将祖星的磁场线推到了一起。磁场线越近，磁场线就越强。这意味着中子星拥有宇宙中最强大的磁场，有些甚至超过10亿特斯拉。相比之下，地球上产生的最强磁场约为1500特斯拉。磁场最强的中子星被称为磁星。

需要明确的是，所有的磁星都是中子星，所有的脉冲星都是脉冲星，但磁星与脉冲星不同，因为它们通常缺乏来自两极的无线电波束，使它们看起来像是脉冲星。不过，磁星并非没有排放；长期以来，它们一直被认为是FRBs的来源。

艺术家对磁星在银河系中发射X射线和无线电波的印象（图片来源：uux.cn/ESA）

该团队在SGR J1935+2154脉冲星晚期检测到的无线电脉冲与FRB相似，但后者的发射亮度要高出数百亿倍。如上所述，它们在脉冲星中也很常见，但在磁星中并不常见。大多数磁星不发射无线电波脉冲，可能是因为它们的强磁场阻止了它们这样做。

尽管如此，一些磁星在经历一轮爆发活动后可以短暂地变成脉冲星。这似乎是张和团队在SGR J1935+2154上观察到的。

张解释说：“就像射电脉冲星中的脉冲一样，磁星脉冲在周期内的窄相位窗口内发射。”。“这就是众所周知的‘灯塔’效应，即发射光束每隔一段时间扫过视线一次，而且每次扫过的时间间隔很短。然后可以观察到脉冲无线电发射。”

2020年4月，当从同一颗磁星上探测到FRB 20200428时，这颗FRB和其后几次能量较低的爆发是随机的。这意味着它们不是SGR J1935+2154脉冲星相位的精确频率脉冲窗口的一部分。

张继续说道：“这强烈表明，脉冲和爆发来自磁星磁层内的不同位置，这表明脉冲和爆发之间可能存在不同的发射机制。”。

这项调查及其后续行动的一个可能结果是更好地理解为什么一些FRB会重复，而大多数不会。

FAST已经检测到来自同一来源的数千个重复的FRB，可能是磁星。然而，与脉冲星的脉冲不同，这些重复的FRB缺乏明确的模式或“周期性”。这使人们对FRB起源于磁星的信念产生了怀疑。

这项研究能否澄清这一疑问。

张总结道：“我们发现爆发往往是在随机相位中产生的，这为从重复的FRB中检测不到周期性提供了一种自然的解释。”。“由于未知的原因，磁星倾向于向各个方向发射爆发，因此无法识别FRB源的周期。”

该团队的研究于7月28日发表在《科学进展》杂志上。