作者:倪思洁 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/5 15:17:48
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“慧眼”卫星再次刷新宇宙最强磁场纪录

 

最近,“慧眼”卫星团队在继2020年直接测量到约10亿特斯拉的宇宙磁场之后,又测量到超过16亿特斯拉的宇宙磁场,大幅度刷新了宇宙最强磁场直接测量的世界纪录。相关成果在线发表于国际期刊《天体物理杂志通讯》。中科院高能所孔令达博士、张澍研究员、张双南研究员为论文通讯作者。

慧眼卫星观测吸积脉冲星艺术图。(中科院高能物理所供图)

此次,科研人员在对银河系内第一颗超亮X射线脉冲星Swift J0243.6+6124的爆发进行观测时,发现了能量高达146千电子伏的回旋吸收线,对应超过16亿特斯拉的中子星表面磁场。

“之所以要研究中子星表面磁场,是为了理解中子星的形成过程。同时,在中子星的强磁场中,我们也可以进一步研究量子电动力学等物理现象。”孔令达告诉《中国科学报》。

孔令达介绍,以前,天文学家们在银河系以外的多个星系里发现了超亮X射线脉冲星,他们推测其脉冲星的磁场强度很高,但并没有直接的测量证据。

Swift J0243.6+6124是一种中子星X射线双星系统,它由中子星与其伴随恒星组成,伴随恒星的气体在中子星的强引力作用下落向中子星,形成了围绕中子星高速转动的气体盘,即吸积盘。吸积盘上的物质会沿着中子星的磁力线落到中子星表面,发出强烈的X射线辐射,该辐射随着中子星的转动,形成周期性的X射线脉冲信号,因此这类天体也被称为“X射线吸积脉冲星”。

过去,天文学家观测发现,X射线吸积脉冲星在X射线辐射能谱上会出现“凹陷”结构,这是X射线光子被在磁场中回旋运动的电子共振散射吸收造成的,因此将其称为“回旋吸收线”。回旋吸收线,是科学家用来直接测量中子星表面附近磁场强度的唯一方法。回旋吸收线处的能量对应的磁场强度就是中子星表面的磁场强度。

2020年,“慧眼”卫星在编号为GRO J1008-57的中子星中探测到了90千电子伏的回旋吸收线,对应10亿特斯拉的中子星表面磁场,是当时宇宙磁场直接测量的世界纪录。随后,“慧眼”团队还在另外一个中子星(1A 0535+262)的能谱上探测到了约100千电子伏的回旋吸收线。

此次“慧眼”卫星的观测结果,不仅是迄今宇宙天体磁场直接测量的最高纪录,还首次在超亮X射线吸积脉冲星中直接测量了其中子星的表面磁场。

孔令达表示,“慧眼”卫星连续三次刷新回旋吸收线能量测量的最高纪录,表现出在探测天体高能X射线能谱方面具有国际领先的独特能力。

“慧眼”卫星最早于1993年由中科院高能所李惕碚、吴枚等人提出,是我国第一颗X射线天文卫星,承载高能X射线望远镜、中能X射线望远镜和低能X射线望远镜三种科学载荷和空间环境监测器。与国外的X射线卫星相比,“慧眼”卫星具有覆盖能段宽、在高能X射线能段的有效面积最大、时间分辨率高、探测死时间很小、观测强源没有光子堆积效应等突出优点,打开了观测黑洞、中子星硬X射线快速光变和能谱研究的新窗口。

“慧眼”卫星于2017年6月发射升空,今年6月,原本设计寿命为四年的“慧眼”卫星,在轨运行时间已达五周年。

孔令达介绍,由中国科学家发起和主导的重大国际合作空间科学项目——增强型X射线时变与偏振空间天文台(eXTP)还将进一步对中子星磁场相关问题进行深入研究。

文章链接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac7711

 
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