天文学家揭开了快速旋转中子星PSR J1023+0038的长期谜团

艺术家绘制的PSR J1023+0038双星系统中心区域示意图，包括脉冲星、内吸积盘和脉冲星风。图片来源：Marco Maria Messa，米兰大学/INAF-OAB；Maria Cristina Baglio，INAF-OAB

一个由全球天文学家组成的团队在爆炸恒星的能量残留物如何与周围空间相互作用方面取得了重大发现。研究人员利用美国宇航局的IXPE（成像X射线偏振测量探测器）以及其他几个天文台，对这种动态宇宙行为获得了新的见解。

这些来自美国、意大利和西班牙的科学家们，将研究重点放在了一个名为PSR J1023+0038（简称J1023）的神秘恒星系统上。该系统以一颗快速旋转的中子星为特征，它从一颗较小的伴星吸收物质。结果，在中子星周围形成了一个物质吸积盘。这颗中子星也充当脉冲星，在旋转时从其磁极发射出强烈的辐射束，形成类似灯塔扫过太空的图案。

J1023 之所以如此重要，是因为它能够在两个不同的阶段之间切换。在一个阶段，这颗脉冲星会主动吸收伴星的物质。在另一个阶段，它会变得更加安静，以无线电波的形式发出可探测的脉冲。由于这种行为，天文学家将其归类为“过渡毫秒脉冲星”。

IXPE太空船在轨道上的艺术插图，用于研究距离地球数光年的高能现象。图片来源：NASA，已编辑

“过渡毫秒脉冲星是宇宙实验室，帮助我们了解中子星在双星系统中的演化方式，”意大利梅拉泰国家天体物理研究所（INAF）布雷拉天文台的研究员玛丽亚·克里斯蒂娜·巴格里奥（Maria Cristina Baglio）说道，她是《天体物理学杂志快报》上一篇阐述新发现的论文的主要作者。

科学家们对这个脉冲星系统最大的疑问是：X射线从何而来？答案将为粒子加速、吸积物理以及宇宙中中子星周围环境等更广泛的理论提供信息。

射线源令他们感到惊讶：X 射线来自脉冲星风，这是一团由气体、冲击波、磁场和接近光速加速的粒子组成的混乱混合物，撞击吸积盘。

为了确定这一点，天文学家需要测量X射线和可见光的偏振角。偏振是衡量光波组织程度的指标。他们利用IXPE（唯一能够在太空中进行此项测量的望远镜）观测了X射线偏振，并将其与位于智利的欧洲南方天文台 甚大望远镜的光学偏振进行了比较。IXPE于2021年12月发射升空，对脉冲星进行了多次观测，但J1023是它探索的第一个此类系统。

美国宇航局的中子星内部成分探测器（NICER ）和尼尔·格雷尔斯雨燕天文台 在高能光下对该系统提供了宝贵的观测数据。其他贡献数据的望远镜包括位于新墨西哥州马格达莱纳的卡尔·G·詹斯基甚大阵列。

结果是：科学家发现不同波长的偏振角相同。该研究的共同主要作者、西班牙巴塞罗那空间科学研究所的弗朗西斯科·科蒂·泽拉蒂说：“这一发现有力地证明，我们所观察到的光是由单一、连贯的物理机制支撑的。”

研究人员表示，这种解释挑战了关于双星系统中子星辐射的传统观点。先前的模型表明，X射线来自吸积盘，但这项新研究表明，它们源自脉冲星风。

脉冲星风作为主要能源引擎

“IXPE观测到了许多孤立的脉冲星，并发现脉冲星风为X射线提供了能量，”NASA马歇尔天体物理学家、阿拉巴马州亨茨维尔NASA马歇尔太空飞行中心IXPE首席研究员菲利普·卡雷特（Philip Kaaret）说道。“这些新的观测表明，脉冲星风为该系统的大部分能量输出提供了能量。”

天文学家仍在持续研究过渡型毫秒脉冲星，评估其观测到的物理机制与其他脉冲星和脉冲星风星云的物理机制的比较。巴格里奥和科蒂·泽拉蒂一致认为，这些观测结果将有助于完善描述脉冲星风如何产生辐射的理论模型，并使研究人员更接近于全面理解这些非凡宇宙系统中运作的物理机制。

编译自/scitechdaily