天馬射電望遠鏡有發現：少數脈沖星會“變臉”

在宇宙中，大多數天體保持相對“安靜”的狀態，短時間內不會發生較大的變化。但有些天體卻“喜怒無常”，時常還會上演一出太空版“變臉”。

7月5日，上海天文臺官方網站發表文章稱，中國科學院上海天文臺天馬射電望遠鏡團組在對磁星Swift J1818.0-1607的觀測研究上又有了新的發現。

2020年3月12日，這顆磁星因X射線爆發被首次發現，隨后的觀測證實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測目標。天馬望遠鏡對該磁星進行雙頻率(2.25GHz和8.60GHz)同時監測研究，發現了該磁星鄰近時段的模式變換現象。所謂模式變換，即少數脈沖星類天體在兩個(及以上)亞穩態輻射之間的快速“變臉”現象。

相關研究成果發表于《英國皇家天文學會月刊》。

少數脈沖星會“變臉”

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

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

從發現脈沖星開始，科學家就注意到一個現象，盡管脈沖星“千星千面”，每個周期中的脈沖形狀千差萬別，但當把成百上千個周期信號疊加在一起時，積累起來的脈沖輪廓就穩定了下來，此后對其疊加再多的周期信號也不會改變這一平均輪廓，這一具有長期穩定性的脈沖輪廓被喻為脈沖星的“臉”。

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

那么，為什么脈沖星會發生“變臉”現象呢?

閆振說，目前脈沖星“變臉”的物理機制尚不清楚，有觀點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)產生“變臉”現象，也有觀點認為是輻射區位置的移動(主要是沿著彎曲的磁力線運動)等因素導致的。

閆振介紹說，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間變化顯著(無規律)，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)亞穩態輻射的“來回”切換。所以，樣本數量的不足給進一步研究帶來了客觀上的困難。

后續觀測或可揭示其中奧秘

此次天馬射電望遠鏡發現的磁星“變臉”現象，在表現出平均輪廓變化的同時，也有著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)對該磁星實現了頻率覆蓋跨度高達6GHz的雙頻同時觀測(2.25GHz和8.60GHz)。

盡管國內外已有研究者在多個頻率對該磁星進行觀測，但多頻同時觀測的資料非常稀缺。由于磁星輻射隨時間多變且不可預測，因此不同時段獲得的多頻率資料無法準確揭示其輻射隨頻率變化的規律。不同頻率輻射來自不同高度的輻射區域，因而多頻同時的平均輪廓能以“立體”視角反映磁星的輻射信息。

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

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

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