“慧眼”衞星再次刷新直接測量宇宙最強磁場紀錄

【環球網科技綜合報道】7月6日消息，記者從中科院官網瞭解到，中子星是宇宙中具有最強磁場的天體，對其X射線能譜的迴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。最近，“慧眼”衞星團隊在編號為Swift J0243.6+6124的中子星X射線雙星發現了能量高達146千電子伏的迴旋吸收線，對應超過16億特斯拉的中子星表面磁場，繼2020年直接測量到約10億特斯拉的宇宙最強磁場之後，再次大幅度刷新了最高能量回旋吸收線和宇宙最強磁場直接測量的世界紀錄。

據悉，該項研究工作主要由中國科學院高能物理研究所與德國圖賓根大學合作完成，近日在國際期刊《天體物理雜誌通訊》（ApJL）在線發表。中科院高能所博士孔令達、研究員張澍、研究員張雙南為論文通訊作者。

中子星X射線雙星系統由中子星與其伴隨恆星組成，伴隨恆星的氣體在中子星的強引力作用下落向中子星，形成了圍繞中子星高速轉動的氣體盤，稱為吸積盤。吸積盤上的物質會沿着中子星的磁力線落到中子星表面，發出強烈的X射線輻射，該輻射隨着中子星的轉動形成周期性的X射線脈衝信號，因此這類天體也被稱為“X射線吸積脈衝星”。觀測發現，這一類天體在X射線輻射能譜上會出現“凹陷”結構，這是X射線光子被在磁場中迴旋運動的電子共振散射吸收造成的，被稱為迴旋吸收線。迴旋吸收線處的能量對應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射線脈衝星是X射線光度具有超常亮度的特殊X射線吸積脈衝星，以前在銀河系以外的多個星系裏發現，天文學家推測其脈衝星的磁場強度很高，但並沒有直接測量證據。“慧眼”衞星對銀河系內第一顆超亮X射線脈衝星Swift J0243.6+6124的爆發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倍標準偏差）發現了能量高達146千電子伏的迴旋吸收線，對應超過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。

通常認為，中子星的表面磁場結構複雜，既有延展範圍很大的偶極磁場，也有侷限於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”衞星直接測量到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量級，説明其對應於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，的確具有更加複雜的非對稱磁場結構。

“慧眼”衞星是我國第一顆X射線天文衞星，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載荷和空間環境監測器，觀測能區為1-250 keV。與國外的X射線衞星相比，“慧眼”衞星具有覆蓋能段寬、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等突出優點，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”衞星在編號為GROJ1008-57的中子星中探測到了90千電子伏的迴旋吸收線，對應10億特斯拉的中子星表面磁場，是當時宇宙磁場直接測量的世界紀錄。

隨後，“慧眼”團隊還在另外一箇中子星（1A 0535+262）的能譜上探測到了約100千電子伏的迴旋吸收線。“慧眼”衞星連續三次刷新迴旋吸收線能量測量的最高紀錄，表現出在探測天體高能X射線能譜方面具有國際領先的獨特能力。