中新網(wǎng)北京7月5日電 (記者 孫自法)中國(guó)科學(xué)院(中科院)7月5日發(fā)布消息說(shuō)，“慧眼”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)最近在編號(hào)為Swift J0243.6+6124的中子星X射線雙星發(fā)現(xiàn)了能量高達(dá)146千電子伏的回旋吸收線，其對(duì)應(yīng)超過(guò)16億特斯拉的中子星表面磁場(chǎng)，這是繼2020年直接測(cè)量到約10億特斯拉的宇宙最強(qiáng)磁場(chǎng)之后，“慧眼”衛(wèi)星再次大幅度刷新最高能量回旋吸收線和宇宙最強(qiáng)磁場(chǎng)直接測(cè)量的世界紀(jì)錄。
這項(xiàng)重要研究工作主要由中科院高能物理研究所(高能所)與德國(guó)圖賓根大學(xué)合作完成，成果論文近日在國(guó)際專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)期刊《天體物理雜志通訊》(Astrophysical Journal Letters，ApJL)在線發(fā)表，中科院高能所孔令達(dá)博士、張澍研究員、張雙南研究員為論文通訊作者。
他們介紹說(shuō)，中子星是宇宙中具有最強(qiáng)磁場(chǎng)的天體，對(duì)其X射線能譜的回旋吸收線的探測(cè)是目前直接測(cè)量中子星表面磁場(chǎng)的唯一方法。
中子星X射線雙星系統(tǒng)由中子星與其伴隨恒星組成，伴隨恒星的氣體在中子星的強(qiáng)引力作用下落向中子星，形成圍繞中子星高速轉(zhuǎn)動(dòng)的氣體盤(pán)，稱(chēng)為吸積盤(pán)。吸積盤(pán)上的物質(zhì)會(huì)沿著中子星的磁力線落到中子星表面，發(fā)出強(qiáng)烈的X射線輻射，該輻射隨著中子星的轉(zhuǎn)動(dòng)，形成周期性的X射線脈沖信號(hào)，因此這類(lèi)天體也被稱(chēng)為“X射線吸積脈沖星”。
“慧眼”衛(wèi)星觀測(cè)吸積脈沖星藝術(shù)想象圖。 中科院高能所 供圖觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，這一類(lèi)天體在X射線輻射能譜上會(huì)出現(xiàn)“凹陷”結(jié)構(gòu)，這是X射線光子被在磁場(chǎng)中回旋運(yùn)動(dòng)的電子共振散射吸收造成的，被稱(chēng)為回旋吸收線�；匦站�處的能量對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度就是中子星表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這是目前直接測(cè)量中子星表面附近磁場(chǎng)強(qiáng)度的唯一方法。
超亮X射線脈沖星是X射線光度具有超常亮度的特殊X射線吸積脈沖星，以前在銀河系以外的多個(gè)星系里發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)家推測(cè)其脈沖星的磁場(chǎng)強(qiáng)度很高，但并沒(méi)有直接測(cè)量證據(jù)。
“慧眼”衛(wèi)星對(duì)銀河系內(nèi)第一顆超亮X射線脈沖星Swift J0243.6+6124的爆發(fā)進(jìn)行了詳盡的寬能段觀測(cè)，此次在其能譜上以極高的顯著性(大約10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差)發(fā)現(xiàn)能量高達(dá)146千電子伏的回旋吸收線，對(duì)應(yīng)超過(guò)16億特斯拉的中子星表面磁場(chǎng)。這不僅是迄今宇宙天體磁場(chǎng)直接測(cè)量的最高紀(jì)錄，而且也首次在超亮X射線源中直接測(cè)量了其中子星的表面磁場(chǎng)。
“慧眼”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)指出，通常認(rèn)為，中子星的表面磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有延展范圍很大的偶極磁場(chǎng)，也有局限于中子星表面附近的多極磁場(chǎng)。以前各種間接方法只能估算延展較遠(yuǎn)的中子星偶極磁場(chǎng)。本次“慧眼”衛(wèi)星直接測(cè)量到Swift J0243.6+6124的表面磁場(chǎng)強(qiáng)度，比通過(guò)間接方法給出的偶極磁場(chǎng)強(qiáng)度高大約一個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明其對(duì)應(yīng)于中子星表面附近的多極磁場(chǎng)。這是首次從觀測(cè)上直接證明中子星除兩極對(duì)稱(chēng)的偶極磁場(chǎng)外，的確具有更加復(fù)雜的非對(duì)稱(chēng)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
“慧眼衛(wèi)星”是中國(guó)第一顆X射線天文衛(wèi)星，承載高能X射線望遠(yuǎn)鏡、中能X射線望遠(yuǎn)鏡和低能X射線望遠(yuǎn)鏡三種科學(xué)載荷和空間環(huán)境監(jiān)測(cè)器，觀測(cè)能區(qū)為1-250千電子伏。與國(guó)外的X射線衛(wèi)星相比，慧眼衛(wèi)星具有覆蓋能段寬、在高能X射線能段的有效面積最大、時(shí)間分辨率高、探測(cè)死時(shí)間很小、觀測(cè)強(qiáng)源沒(méi)有光子堆積效應(yīng)等突出優(yōu)點(diǎn)，打開(kāi)了觀測(cè)黑洞、中子星硬X射線快速光變和能譜研究的新窗口。2020年，“慧眼”衛(wèi)星在編號(hào)為GRO J1008-57的中子星中探測(cè)到了90千電子伏的回旋吸收線，對(duì)應(yīng)10億特斯拉的中子星表面磁場(chǎng)，是當(dāng)時(shí)宇宙磁場(chǎng)直接測(cè)量的世界紀(jì)錄。隨后，“慧眼”團(tuán)隊(duì)還在另外一個(gè)中子星(1A0535+262)的能譜上探測(cè)到了約100千電子伏的回旋吸收線。“慧眼”衛(wèi)星連續(xù)三次刷新回旋吸收線能量測(cè)量的最高紀(jì)錄，表現(xiàn)出在探測(cè)天體高能X射線能譜方面具有國(guó)際領(lǐng)先的獨(dú)特能力。
據(jù)了解，“慧眼”衛(wèi)星最早于1993年由中科院高能所李惕碚、吳枚等人提出，衛(wèi)星研制得到國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局民用航天科研經(jīng)費(fèi)和中科院空間科學(xué)先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)的共同支持，于2017年6月發(fā)射升空。中科院高能所負(fù)責(zé)衛(wèi)星有效載荷、地面應(yīng)用系統(tǒng)和科學(xué)研究工作，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院為衛(wèi)星總體單位，清華大學(xué)為衛(wèi)星有效載荷和地面應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)合承研單位，參加“慧眼”衛(wèi)星工程的還有中科院國(guó)家空間科學(xué)中心、北京師范大學(xué)等。(完)