天文学家在遥远的磁星中检测到自旋下降故障

一颗距离地球约 30,000 光年的磁星，位于狐狸座——改变了速度。几天后，它突然开始发射无线电波。

在这项新研究中，莱斯大学的Matthew Baring 教授和他的同事使用来自 ESA 的 X 射线多镜任务 (XMM-Newton) 和 NASA 的中子星内部成分探测器 (NICER) 的 X 射线数据来分析磁星的旋转。

他们表明，突然的减速可能是由于恒星表面火山般的破裂将大质量粒子风喷向太空造成的。

他们确定了这样的风如何改变恒星的磁场，播种条件可能会开启随后由中国的五百米孔径球面望远镜 (FAST) 测量的射电辐射。

“人们推测，中子星的表面可能有相当于火山的物质，”巴林教授说。

“我们的研究结果表明情况可能如此，而且在这种情况下，破裂最有可能发生在恒星的磁极处或附近。”

磁星会发出强烈的辐射，包括 X 射线和偶尔的无线电波和伽马射线。天文学家可以从这些辐射中破译很多关于不寻常恒星的信息。

例如，通过计算 X 射线脉冲，他们可以计算出磁星的自转周期，或者地球自转一周所需的时间。

磁星的旋转周期通常变化缓慢，需要数万年才能减慢每秒旋转一次。

“故障是旋转速度的突然增加，最常见的原因是恒星深处的突然变化，”巴林教授说。

“在大多数故障中，脉动周期变短，这意味着恒星自转速度比以前快了一点。”

“教科书的解释是，随着时间的推移，恒星外层的磁化层会减速，但内部的非磁化核心不会。”

“这导致这两个区域之间的边界处产生应力，并且出现故障表明旋转能量突然从旋转较快的地核转移到旋转较慢的地壳。”

磁星的突然旋转减速非常罕见。天文学家只记录了三个自旋下降故障，包括 2020 年 10 月的事件。

虽然故障通常可以用恒星内部的变化来解释，但自旋减速故障可能不能。

该团队的理论基于这样的假设，即它们是由恒星表面及其周围空间的变化引起的。

在他们的论文中，作者构建了一个火山驱动的风模型来解释 2020 年 10 月故障的测量结果。

“该模型仅使用标准物理学，特别是角动量的变化和能量守恒，来解释旋转减速，”巴林教授说。

“从恒星发出的持续数小时的强烈、大质量粒子风可以为旋转周期的下降创造条件。”

“我们的计算表明，这样的风也有能力改变中子星外部磁场的几何形状。”

“破裂可能是一个类似火山的地层，因为 X 射线脉动的一般特性可能需要从表面的局部区域发射风。”

“2020 年 10 月事件的独特之处在于，在自旋故障发生几天后，磁星就出现了一次快速射电爆发，并且此后不久便开启了脉冲式、短暂的射电发射。”

“我们只看到了少数瞬变脉冲射电磁星，这是我们第一次看到磁星的无线电开启几乎与自旋下降故障同时发生。”

“这种时间上的巧合表明，自旋减速故障和无线电发射是由同一事件引起的，我们希望对火山活动模型的更多研究能够提供更多答案。”

“风的解释提供了一条理解为什么无线电发射开启的途径。它提供了我们以前没有的新见解。”