上海天马望远镜团组在磁星观测研究领域取得阶段性成果

  • 研究生部 (中国科学院上海天文台)
  • 创建于 2015-12-22
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磁星是宇宙空间中一类磁场非常强的脉冲星,其磁场可高达几百亿特斯拉。目前地面实验室中所能获得的最强磁场记录是由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室创造的100特斯拉。相比之下,磁星磁场强度是实验室最强记录的上亿倍。因而,磁星是验证强磁场等极端物理环境下物理规律的空间实验室。

磁星辐射与供能机制和普通脉冲星也有很大的不同。普通脉冲星通过释放自转能提供其辐射能,而磁星辐射能量主要来源为其磁能损失。与大多数脉冲星仅在射电波段探测到其辐射不同,大多数磁星仅在X射线或者γ射线波段探测到辐射。截止目前为止,已有29颗磁星以及候选体被发现,其中仅有4颗在射电波段被探测到。

2013年在银河系中心黑洞人马座A*附近发现的脉冲星PSR J1745-2900是一颗具有射电辐射的磁星。它到银心黑洞的投影距离仅有0.097pc,是目前已知的距离银心黑洞最近的脉冲星。对它的观测研究,对揭示磁星物理、探测银心黑洞周围物理环境均具有重要意义。

以沈志强研究员为首席科学家的上海天马射电望远镜研究团组利用新建成的天马望远镜对该磁星进行了观测研究,成功扑捉到其剧烈射电爆发。观测波段为X波段,中心频率为8.6GHz,观测时间为2014年6月至10月,分为6个历元执行。根据观测结果,该团组得到了该磁星积分轮廓以及流量随相位和时间的变化情况图(见图1),其积分轮廓和流量均表现出剧烈变化,其中流量变化幅度可达10倍以上。2014年8月24日(MJD:56836)该磁星平均流量高达8.75mJy(注:1Jy=10-26W/m2*Hz-1),远强于其它五天的观测值。

从图1中“强度-相位-时间”灰度图可清楚地看出,即使在同一历元观测中也存在一系列明亮脉冲爆发(图中黑色斑点)。为深入了解该磁星单个脉冲特性,对脉冲宽度和峰值又进行量化分析。根据峰值流量,把单脉冲分为三组,分别为峰值为0-5,5-10以及不小于10倍平均脉冲峰值。图2展示了有关结果的统计情况,上述三组结果分别用蓝色十字、绿色菱形和红色正方形表示。从图中可清晰地看出,峰值能量越高的脉冲其宽度越窄。对于峰值大于10倍平均脉冲峰值的脉冲(红色正方形所示),其宽度仅为0.2°-0.9°,远小于约为12°的平均脉冲宽度。因而,尽管该类脉冲非常“明亮”,但其总能量并不高,这与著名的蟹状星云脉冲星的巨脉冲现象有很大不同。

上述研究成果发表于美国天体物理学报(Astrophysical Journal),详见网址:http://stacks.iop.org/0004-637X/814/5,我台闫振副研究员为该论文第一作者,合作者除了上海天文台天马望远镜研究团组成员外,还有来自北京大学、新疆天文台、澳大利亚和英国的国内外研究人员。

截止到目前为止,世界上只有两台射电望远镜在单脉冲水平上对该磁星进行过如此详尽的量化分析,其中一台是美国GBT100米射电望远镜,另一台就是上海65米天马望远镜。该团组将利用天马望远镜继续对该磁星进行监测。



责任编辑:宋超