中新網(wǎng)北京7月5日電 (記者 孫自法)中國科學(xué)院(中科院)7月5日發(fā)布消息說，“慧眼”衛(wèi)星團隊最近在編號為Swift J0243.6+6124的中子星X射線雙星發(fā)現(xiàn)了能量高達146千電子伏的回旋吸收線，其對應(yīng)超過16億特斯拉的中子星表面磁場，這是繼2020年直接測量到約10億特斯拉的宇宙最強磁場之后，“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磁場直接測量的世界紀(jì)錄。
這項重要研究工作主要由中科院高能物理研究所(高能所)與德國圖賓根大學(xué)合作完成，成果論文近日在國際專業(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，中子星是宇宙中具有最強磁場的天體，對其X射線能譜的回旋吸收線的探測是目前直接測量中子星表面磁場的唯一方法。
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引力作用下落向中子星，形成圍繞中子星高速轉(zhuǎn)動的氣體盤，稱為吸積盤。吸積盤上的物質(zhì)會沿著中子星的磁力線落到中子星表面，發(fā)出強烈的X射線輻射，該輻射隨著中子星的轉(zhuǎn)動，形成周期性的X射線脈沖信號，因此這類天體也被稱為“X射線吸積脈沖星”。
“慧眼”衛(wèi)星觀測吸積脈沖星藝術(shù)想象圖。 中科院高能所 供圖觀測發(fā)現(xiàn)，這一類天體在X射線輻射能譜上會出現(xiàn)“凹陷”結(jié)構(gòu)，這是X射線光子被在磁場中回旋運動的電子共振散射吸收造成的，被稱為回旋吸收線�；匦站�處的能量對應(yīng)的磁場強度就是中子星表面的磁場強度，這是目前直接測量中子星表面附近磁場強度的唯一方法。
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星系里發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)家推測其脈沖星的磁場強度很高，但并沒有直接測量證據(jù)。
“慧眼”衛(wèi)星對銀河系內(nèi)第一顆超亮X射線脈沖星Swift J0243.6+6124的爆發(fā)進行了詳盡的寬能段觀測，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146千電子伏的回旋吸收線，對應(yīng)超過16億特斯拉的中子星表面磁場。這不僅是迄今宇宙天體磁場直接測量的最高紀(jì)錄，而且也首次在超亮X射線源中直接測量了其中子星的表面磁場。
“慧眼”衛(wèi)星團隊指出，通常認為，中子星的表面磁場結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有延展范圍很大的偶極磁場，也有局限于中子星表面附近的多極磁場。以前各種間接方法只能估算延展較遠的中子星偶極磁場。本次“慧眼”衛(wèi)星直接測量到Swift J0243.6+6124的表面磁場強度，比通過間接方法給出的偶極磁場強度高大約一個數(shù)量級，說明其對應(yīng)于中子星表面附近的多極磁場。這是首次從觀測上直接證明中子星除兩極對稱的偶極磁場外，的確具有更加復(fù)雜的非對稱磁場結(jié)構(gòu)。
“慧眼衛(wèi)星”是中國第一顆X射線天文衛(wèi)星，承載高能X射線望遠鏡、中能X射線望遠鏡和低能X射線望遠鏡三種科學(xué)載荷和空間環(huán)境監(jiān)測器，觀測能區(qū)為1-250千電子伏。與國外的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、時間分辨率高、探測死時間很小、觀測強源沒有光子堆積效應(yīng)等突出優(yōu)點，打開了觀測黑洞、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)星在編號為GRO J1008-57的中子星中探測到了90千電子伏的回旋吸收線，對應(yīng)10億特斯拉的中子星表面磁場，是當(dāng)時宇宙磁場直接測量的世界紀(jì)錄。隨后，“慧眼”團隊還在另外一個中子星(1A0535+262)的能譜上探測到了約100千電子伏的回旋吸收線�！盎垩邸毙l(wèi)星連續(xù)三次刷新回旋吸收線能量測量的最高紀(jì)錄，表現(xiàn)出在探測天體高能X射線能譜方面具有國際領(lǐng)先的獨特能力。
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)星研制得到國家國防科技工業(yè)局民用航天科研經(jīng)費和中科院空間科學(xué)先導(dǎo)科技專項的共同支持，于2017年6月發(fā)射升空。中科院高能所負責(zé)衛(wèi)星有效載荷、地面應(yīng)用系統(tǒng)和科學(xué)研究工作，中國航天科技集團公司五院為衛(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家空間科學(xué)中心、北京師范大學(xué)等。(完)