精密测量为磁星的宇宙起源提供线索

一个国际天文学家团队利用强大的射电望远镜阵列对一颗仅有几百年历史的磁星有了新的认识。通过精确测量磁星的位置和速度，有关其发展路径的新线索浮出水面。

当一颗质量相对较大的恒星在其生命末期坍缩并成为超新星时，它会留下一颗超致密的恒星，称为中子星。在形成过程中，极端的力量常常导致中子星旋转得非常快，像灯塔一样发出光束。

当光束排列成从地球上可见的模式时，该恒星也被称为脉冲星。而中子星形成时，其自旋速度与脉冲星类似，磁场比典型的中子星强数千倍，因此被称为磁星。这些恒星的质量约为太阳的两倍，物理尺寸为数十公里——相当于一座城市的大小。

尽管中子星、脉冲星和磁星之间存在许多相似之处，但天文学家仍然对是什么条件导致这些极端恒星演化到如此截然不同的路径感到困惑。

现在，由日本国立天文台水泽甚长基线干涉测量站的丁浩领导的天文学家团队，利用美国国家科学基金会(NSF)国家射电天文台(NRAO)的甚长基线阵列(VLBA)，以前所未有的精度确定了新发现的磁星的关键特征。

目前已确认的磁星有30颗，但其中只有8颗足够相似，与本研究相关。丁教授和他的团队利用NSFVLBA在三年的时间里收集了2020年初发现的磁星SwiftJ1818.0-1607的位置和速度数据。SwiftJ1818.0-1607被认为是迄今为止发现的最年轻的磁星，也是旋转速度最快的磁星，旋转周期为1.36秒。

SwiftJ1818.0-1607位于人马座。它位于银河系中央凸起的另一侧，距离我们只有22,000光年，距离地球相对较近。事实上，距离地球足够近，可以利用视差法准确确定它在星系内的三维位置。(视差法利用物体相对于已知遥远背景物体的位置的明显变化来计算距离。)

目前，磁星的寿命尚不清楚，但天文学家估计SwiftJ1818.0-1607只有几百年的历史。磁星明亮的X射线辐射需要极高的能量流出机制;只有其强磁场的快速衰减才能解释这些光谱特征背后的力量。但这也是一个极端的过程。

对于主序列中的普通恒星来说，明亮的蓝色恒星寿命非常短，因为它们消耗燃料的速度比黄色恒星快得多。磁星的物理原理不同，但它们的寿命也可能比脉冲星亲戚短。“磁星非常年轻，因为它们无法长时间以这种速率释放能量，”丁解释说。

此外，磁星还会在电磁波谱的低端(无线电波长)发射辐射。对于这些辐射，磁星快速自转产生的同步辐射可能是能量来源。

在同步辐射中，中子星周围的等离子体紧紧包裹在恒星表面，以接近光速的速度旋转，产生射电波长的辐射。这些射电辐射随后被美国国家科学基金会VLBA用三年时间观测到。

“VL​​BA为我们提供了极好的角分辨率，可以测量这种极小的视差，”丁说。“其空间分辨率无与伦比。”

该研究结果于2024年8月发表在《天体物理学杂志快报》上，详细说明了SwiftJ1818.0-1607的视差是中子星中最小的，其所谓的横向速度是磁星中最小的——一个新的下限。

天文学中的速度最容易被描述为具有两个分量或方向。其径向速度描述其沿视线移动的速度，在这种情况下，视线是指沿星系半径移动的速度。对于位于中央凸起另一侧的磁星(如SwiftJ1818.0-1607)，有太多其他物质阻碍了其精确确定径向速度。横向速度(有时称为特殊速度)描述垂直于星系平面的运动，更容易辨别。

当天文学家试图了解“常规”中子星、脉冲星和磁星之间共同的(以及不同的)形成过程时，他们希望利用横向速度的精确测量来帮助分析导致恒星沿着这三条路径之一演化的条件。

丁说，这项研究进一步证实了磁星不太可能在与年轻脉冲星相同条件下形成的理论，从而表明磁星是在更奇特的形成过程中形成的。

“我们需要知道磁星在刚诞生时的运动速度有多快，”丁说。磁星的形成机制仍然是一个我们想了解的谜。

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