天馬射電望遠鏡有發(fā)現：少數脈沖星會(huì )“變臉”

在宇宙中，大多數天體保持相對“安靜”的狀態(tài)，短時(shí)間內不會(huì )發(fā)生較大的變化。但有些天體卻“喜怒無(wú)常”，時(shí)常還會(huì )上演一出太空版“變臉”。

7月5日，上海天文臺官方網(wǎng)站發(fā)表文章稱(chēng)，中國科學(xué)院上海天文臺天馬射電望遠鏡團組在對磁星Swift J1818.0-1607的觀(guān)測研究上又有了新的發(fā)現。

2020年3月12日，這顆磁星因X射線(xiàn)爆發(fā)被首次發(fā)現，隨后的觀(guān)測證實(shí)其具有持續的射電輻射，后續全球多臺大型射電望遠鏡均將它列為重要觀(guān)測目標。天馬望遠鏡對該磁星進(jìn)行雙頻率(2.25GHz和8.60GHz)同時(shí)監測研究，發(fā)現了該磁星鄰近時(shí)段的模式變換現象。所謂模式變換，即少數脈沖星類(lèi)天體在兩個(gè)(及以上)亞穩態(tài)輻射之間的快速“變臉”現象。

相關(guān)研究成果發(fā)表于《英國皇家天文學(xué)會(huì )月刊》。

少數脈沖星會(huì )“變臉”

“脈沖星可謂是‘千星千面’。通常情況下，每個(gè)脈沖星都有自己獨特的平均輪廓。但是有少數脈沖星會(huì )在兩個(gè)(或者以上)平均輪廓輻射狀態(tài)之間切換，也就是發(fā)生‘變臉’現象。”中國科學(xué)院上海天文臺副研究員閆振介紹道。

1967年，英國劍橋大學(xué)的貝爾和休伊什發(fā)現了一種特殊的天體，能夠發(fā)出周期性的電磁波脈沖信號，這就是脈沖星。

從發(fā)現脈沖星開(kāi)始，科學(xué)家就注意到一個(gè)現象，盡管脈沖星“千星千面”，每個(gè)周期中的脈沖形狀千差萬(wàn)別，但當把成百上千個(gè)周期信號疊加在一起時(shí)，積累起來(lái)的脈沖輪廓就穩定了下來(lái)，此后對其疊加再多的周期信號也不會(huì )改變這一平均輪廓，這一具有長(cháng)期穩定性的脈沖輪廓被喻為脈沖星的“臉”。

1970年，一顆位于后發(fā)座的脈沖星B1237+25，被發(fā)現其脈沖信號偶爾會(huì )出現突變，在一個(gè)模式上持續幾十到幾百周期后，再突然變成另一種模式，兩個(gè)模式的積累脈沖輪廓形狀差異明顯。自此，脈沖星“變臉”開(kāi)始被天文學(xué)家所熟知。

那么，為什么脈沖星會(huì )發(fā)生“變臉”現象呢?

閆振說(shuō)，目前脈沖星“變臉”的物理機制尚不清楚，有觀(guān)點(diǎn)認為是脈沖星輻射區活躍成分輪換(輻射區域輪換、活躍和熄滅)產(chǎn)生“變臉”現象，也有觀(guān)點(diǎn)認為是輻射區位置的移動(dòng)(主要是沿著(zhù)彎曲的磁力線(xiàn)運動(dòng))等因素導致的。

閆振介紹說(shuō)，脈沖星的“變臉”現象，樣本相對更多。這是因為脈沖星的脈沖輪廓有一定規律性，就是在相對固定的幾個(gè)平均輪廓脈沖星的平均形狀之間切換，輻射更加穩定，所以也更容易被發(fā)現。

但磁星的“變臉”現象，樣本相對較少。盡管磁星平均輪廓隨時(shí)間變化顯著(zhù)(無(wú)規律)，但是能夠被認證為擁有“變臉”現象的磁星樣本非常稀少，因為“變臉”需要兩種(或以上)亞穩態(tài)輻射的“來(lái)回”切換。所以，樣本數量的不足給進(jìn)一步研究帶來(lái)了客觀(guān)上的困難。

后續觀(guān)測或可揭示其中奧秘

此次天馬射電望遠鏡發(fā)現的磁星“變臉”現象，在表現出平均輪廓變化的同時(shí)，也有著(zhù)非常強的流量強度調制(脈沖峰值高低的變化)。

閆振表示，能夠有此發(fā)現得益于上海天文臺僅用一臺望遠鏡(天馬望遠鏡)對該磁星實(shí)現了頻率覆蓋跨度高達6GHz的雙頻同時(shí)觀(guān)測(2.25GHz和8.60GHz)。

盡管?chē)鴥韧庖延醒芯空咴诙鄠€(gè)頻率對該磁星進(jìn)行觀(guān)測，但多頻同時(shí)觀(guān)測的資料非常稀缺。由于磁星輻射隨時(shí)間多變且不可預測，因此不同時(shí)段獲得的多頻率資料無(wú)法準確揭示其輻射隨頻率變化的規律。不同頻率輻射來(lái)自不同高度的輻射區域，因而多頻同時(shí)的平均輪廓能以“立體”視角反映磁星的輻射信息。

在此次研究中，研究人員正是通過(guò)對2.25GHz和8.60GHz雙頻率平均輪廓和平均流量隨時(shí)間變化的研究，發(fā)現磁星Swift J1818.0-1607在這兩個(gè)頻率的平均輪廓變化在絕大多數情況下并不同步，表明其輻射隨時(shí)間和頻率變化的復雜性，為檢驗和發(fā)展磁星射電輻射模型提供了觀(guān)測資料。

目前，天馬望遠鏡仍然在對磁星Swift J1818.0-1607進(jìn)行后續監測，未來(lái)或可揭示這類(lèi)天體的“變臉”奧秘。(科技日報記者 張 曄)

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