研究人员在中子星（包括磁星）中发现了一个普遍的缩放定律，它可以解释神秘的快速射电暴（FRBs）。通过研究它们射电辐射的子结构，他们发现了它们自转周期的共性，从而加深了我们对这些天体现象的理解。

德国波恩马克斯-普朗克射电天文学研究所的迈克尔-克拉默和刘国领导的一个国际研究小组研究了一种罕见的超密度恒星，即所谓的磁星，发现了一个似乎普遍适用于一系列被称为中子星的天体的基本规律。这一定律让人们了解到这些射电源是如何产生射电辐射的，它可能与来自遥远宇宙的神秘射电闪光--"快速射电暴"（Fast Radio Bursts）--有关。

这些结果发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上。

图 1：磁星的艺术印象，中子星利用储存在超强磁场中的能量发射射电光，导致爆发，这是宇宙中观测到的最强大的事件之一。图片来源： Michael Kramer / MPIfR

了解中子星

中子星是大质量恒星的塌缩内核，在直径不到 25 千米（15 英里）的球体中集中了两倍于太阳质量的物质。因此，那里的物质是可观测到的宇宙中最密集的，电子和质子被挤压成中子，中子星也因此而得名。有 3000 多颗中子星可以作为射电脉冲星被观测到，当它们发射出射电光束时，从地球上就能看到脉冲信号，此时旋转的脉冲星会把光照向我们的望远镜。

磁星及其独特特性

脉冲星的磁场强度已经是地球磁场的千亿倍，但有一小群中子星的磁场强度甚至比地球磁场还要强 1000 倍！这就是所谓的磁星。

在已知的大约 30 颗磁星中，有 6 颗还被发现至少偶尔会发出无线电辐射。银河系外的磁星被认为是快速射电暴（FRB）的起源。为了研究这种联系，马克斯-普朗克射电天文学研究所（MPIfR）的研究人员在曼彻斯特大学同事的帮助下，详细检查了磁星的单个脉冲，并探测到了其中的子结构。原来，在脉冲星、快速旋转的毫秒脉冲星和其他被称为旋转射电瞬变的中子星源中也能看到类似的脉冲结构。

发现宇宙缩放定律

研究人员惊讶地发现，磁星和其他类型中子星的时间尺度都遵循相同的普遍关系，与自转周期完全成比例。一颗自转周期小于几毫秒的中子星和一颗自转周期接近100秒的中子星的行为与磁星相似，这一事实表明，所有射电大声中子星的亚脉冲结构的内在起源一定是相同的。它揭示了造成射电发射的等离子体过程本身的信息，并提供了一个机会，将在 FRB 中看到的类似结构解释为相应旋转周期的结果。

研究小组的见解

"当我们开始比较磁星发射和 FRB 的发射时，我们预计两者会有相似之处，"论文第一作者、MPIfR 主任 Michael Kramer 回忆说。"我们没想到的是，所有的射电大声中子星都有这种普遍的比例关系。我们预计磁星由磁场能量驱动，而其他磁星则由旋转能量驱动，有些非常古老，有些非常年轻，但似乎都遵循这一规律。"

埃菲尔斯贝格 100 米射电望远镜。图片来源：Raimond Spekking (CC BY-SA 4.0)

Gregory Desvignes 描述了这次实验："我们用埃菲尔斯贝格的 100 米射电望远镜观测了磁星，并将我们的结果与档案数据进行了比较，因为磁星并不是一直发射无线电波的。"

拉梅什-卡鲁普萨米证实说："由于磁星的射电发射并不总是存在，因此我们需要灵活应变，迅速做出反应，而像埃菲尔斯贝格这样的望远镜就可以做到这一点。"

连接 FRB 和磁星

对于这项研究的合作者本-斯塔珀斯（Ben Stappers）来说，这项成果最令人兴奋的地方在于它可能与 FRB 有关："如果至少有一些 FRB 源自磁星，那么爆发中的子结构的时间尺度就可能告诉我们底层磁星源的旋转周期。如果我们在数据中发现了这种周期性，这将是把这类 FRB 解释为射电源的一个里程碑。有了这些信息，我们就可以开始搜索了！"

其他信息

磁星是能量最高的中子星之一，因为它们具有极高的磁场。在迄今为止发现的三十多颗磁星中，只有六颗会发出射电。最近，由于磁星可能与快速射电暴（FRBs）有关，对它们特性的研究兴趣急剧增加。快速射电暴（FRB）是银河系外源产生的毫秒长的射电辐射暴。虽然这些射电暴的起源还不清楚，但磁星被推测为可能的射电暴源之一。

脉冲星首次被发现后不久，就在其射电信号中发现了短时集中发射的子结构。通常情况下，该子结构有一个特征性的准周期性和宽度，两者都与脉冲星的旋转周期成比例关系。这种关系在经典脉冲星中已经确立了几十年，近年来又扩展到毫秒脉冲星群中。最近，在一些 FRB 中也发现了相同类型的短持续时间"微脉冲"，这表明在这两种情况下存在着类似的潜在发射过程。

这项研究利用埃菲尔斯贝格 100 米望远镜在 CX 波段（4-8 GHz）和全球其他一些 100 米级射电望远镜对所有六颗射电云磁星进行了观测。