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“慧眼”卫星再次刷新直接测量宇宙最强磁场纪录


时间:2022-07-05  来源:  作者:  点击次数:


中国日报7月5日电(记者张执浩)中子星是宇宙中磁场最强的天体。探测其X射线能谱的回旋吸收线是目前直接测量中子星表面磁场的唯一方法。近日,‘颜回’卫星的团队在编号为Swift J0243.6 6124的中子星X射线双星中发现了能量高达146千伏的回旋吸收线,对应的中子星表面磁场超过16亿特斯拉。继2020年直接测量到约10亿特斯拉的宇宙最强磁场后,再次大幅刷新了最高能量回旋吸收线和宇宙最强磁场直接测量的世界纪录。这项研究工作主要由中国科学院高能物理研究所(IHEP)与德国图宾根大学合作完成。最近在线发表在国际著名期刊《Astrophysical Journal Letters(ApJL)》(天体物理学期刊通讯)上。中国科学院高能所孔令达博士、张舒研究员、张双南研究员为通讯作者。

中子星的X射线双星系统由中子星及其伴星组成。伴随恒星的气体在中子星的强大引力作用下落到中子星上,形成一个围绕中子星高速旋转的气体盘,称为吸积盘。吸积盘上的物质会沿着中子星的磁力线落在中子星表面,发出强烈的X射线辐射,随着中子星的旋转形成周期性的X射线脉冲信号,所以这种天体也被称为‘X射线吸积脉冲星’。研究发现,这类天体在X射线辐射的能谱中会出现‘凹’形结构,这是由于电子在磁场中共振散射吸收X射线光子造成的,称为回旋吸收线。回旋吸收线处能量对应的磁场强度就是中子星表面的磁场强度,这是目前唯一可以直接测量中子星表面附近磁场强度的方法。

超X射线脉冲星是一种特殊的X射线吸积脉冲星,具有非常高的X射线光度。它们以前在银河系以外的许多星系中被发现过。天文学家推测其脉冲星的磁场强度非常高,但没有直接的测量证据。“颜回”卫星对银河系第一颗超亮X射线脉冲星Swift J0243.6 6124的爆发进行了详细的宽带观测。这次发现能量高达146千伏的回旋吸收线,在其能谱中具有极高的显著性(约10倍标准差),对应中子星表面超过16亿特斯拉的磁场。这不仅是直接测量宇宙天体磁场的最高记录,也是首次在超亮X射线源中直接测量其中子星的表面磁场。

一般认为中子星表面磁场结构复杂,包括延伸范围较大的偶极磁场和局限在中子星表面附近的多极磁场。以往的各种间接方法只能估算延伸较远的中子星的偶极子磁场。这颗‘颜回’卫星直接测得的Swift J0243.6 6124的表面磁场强度比间接方法给出的偶极磁场强度高一个数量级左右,表明它对应于中子星表面附近的多极磁场。这是中子星除了双极偶极磁场之外,第一次具有更复杂的不对称磁场结构。

颜回卫星是中国第一颗X射线天文卫星。它携带三种科学载荷和空间环境监测器,即高能X射线望远镜、中能X射线望远镜和低能X射线望远镜。观察能量范围为1-250 keV。与国外X射线卫星相比,颜回卫星具有许多突出的优势,如覆盖能量带广、高能X射线波段有效面积最大、时间分辨率高、探测死时间短、观测强源无光子积累效应等。为观测黑洞和中子星硬X射线的快光变和能谱打开了新的窗口。2020年,‘颜回’卫星在编号为GRO J1008-57的中子星中探测到一条90千伏的回旋吸收线,对应的中子星表面磁场为10亿特斯拉,这是当时直接测量宇宙磁场的世界纪录。随后,‘颜回’团队还在另一颗中子星(1A 0535 262)的能谱中探测到了约100kev的回旋吸收线。‘颜回’卫星连续三次创下回旋吸收线最高能量测量记录,显示了其在探测天体高能X射线能谱方面独特的国际领先能力。

颜回卫星是由中国科学院高能所的李体北和吴梅于1993年首先提出的。该卫星由国家国防科技工业局民用航天研究基金和中国科学院空间科学先导专项共同支持研制,于2017年6月发射。中科院高能所负责卫星有效载荷、地面应用系统和科学研究。航天科技集团五院是卫星总体单位,清华大学是卫星有效载荷和地面应用系统联合研究单位。中国科学院国家空间科学中心和北京师范大学也参与了颜回卫星项目。

[责任编辑:严玉洁]


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