双频同时观测 少数脉冲星会“变脸”

来源: 科技日报

由于磁星辐射随时间多变且不可预测,不同时段获得的多频率资料无法准确揭示其辐射随频率变化的规律。不同频率辐射来自不同高度的辐射区域,因而多频同时的均轮廓能以“立体”视角反映磁星的辐射信息。

在宇宙中,大多数天体保持相对“安静”的状态,短时间内不会发生较大的变化。但有些天体却“喜怒无常”,时常还会上演一出太空版“变脸”。

7月5日,上海天文台官方网站发表文章称,中国科学院上海天文台天马射电望远镜团组在对磁星SwiftJ1818.0-1607的观测研究上又有了新的发现。

2020年3月12日,这颗磁星因X射线爆发被首次发现,随后的观测证实其具有持续的射电辐射,后续全球多台大型射电望远镜均将它列为重要观测目标。天马望远镜对该磁星进行双频率(2.25GHz和8.60GHz)同时监测研究,发现了该磁星邻时段的模式变换现象。所谓模式变换,即少数脉冲星类天体在两个(及以上)亚稳态辐射之间的快速“变脸”现象。

相关研究成果发表于《英国皇家天文学会月刊》。

少数脉冲星会“变脸”

“脉冲星可谓是‘千星千面’。通常情况下,每个脉冲星都有自己独特的均轮廓。但是有少数脉冲星会在两个(或者以上)均轮廓辐射状态之间切换,也就是发生‘变脸’现象。”中国科学院上海天文台副研究员闫振介绍道。

1967年,英国剑桥大学的贝尔和休伊什发现了一种特殊的天体,能够发出周期的电磁波脉冲信号,这就是脉冲星。

从发现脉冲星开始,科学家就注意到一个现象,尽管脉冲星“千星千面”,每个周期中的脉冲形状千差万别,但当把成百上千个周期信号叠加在一起时,积累起来的脉冲轮廓就稳定了下来,此后对其叠加再多的周期信号也不会改变这一均轮廓,这一具有长期稳定的脉冲轮廓被喻为脉冲星的“脸”。

1970年,一颗位于后发座的脉冲星B1237+25,被发现其脉冲信号偶尔会出现突变,在一个模式上持续几十到几百周期后,再突然变成另一种模式,两个模式的积累脉冲轮廓形状差异明显。自此,脉冲星“变脸”开始被天文学家所熟知。

那么,为什么脉冲星会发生“变脸”现象呢?

闫振说,目前脉冲星“变脸”的物理机制尚不清楚,有观点认为是脉冲星辐射区活跃成分轮换(辐射区域轮换、活跃和熄灭)产生“变脸”现象,也有观点认为是辐射区位置的移动(主要是沿着弯曲的磁力线运动)等因素导致的。

闫振介绍说,脉冲星的“变脸”现象,样本相对更多。这是因为脉冲星的脉冲轮廓有一定规律,就是在相对固定的几个均轮廓脉冲星的均形状之间切换,辐射更加稳定,所以也更容易被发现。

但磁星的“变脸”现象,样本相对较少。尽管磁星均轮廓随时间变化显著(无规律),但是能够被认证为拥有“变脸”现象的磁星样本非常稀少,因为“变脸”需要两种(或以上)亚稳态辐射的“来回”切换。所以,样本数量的不足给进一步研究带来了客观上的困难。

后续观测或可揭示其中奥秘

此次天马射电望远镜发现的磁星“变脸”现象,在表现出均轮廓变化的同时,也有着非常强的流量强度调制(脉冲峰值高低的变化)。

闫振表示,能够有此发现得益于上海天文台仅用一台望远镜(天马望远镜)对该磁星实现了频率覆盖跨度高达6GHz的双频同时观测(2.25GHz和8.60GHz)。

尽管国内外已有研究者在多个频率对该磁星进行观测,但多频同时观测的资料非常稀缺。由于磁星辐射随时间多变且不可预测,因此不同时段获得的多频率资料无法准确揭示其辐射随频率变化的规律。不同频率辐射来自不同高度的辐射区域,因而多频同时的均轮廓能以“立体”视角反映磁星的辐射信息。

在此次研究中,研究人员正是通过对2.25GHz和8.60GHz双频率均轮廓和均流量随时间变化的研究,发现磁星SwiftJ1818.0-1607在这两个频率的均轮廓变化在绝大多数情况下并不同步,表明其辐射随时间和频率变化的复杂,为检验和发展磁星射电辐射模型提供了观测资料。

目前,天马望远镜仍然在对磁星SwiftJ1818.0-1607进行后续监测,未来或可揭示这类天体的“变脸”奥秘。(记者 张 晔)

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