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中国天眼“见人所未见”：发现极弱辐射模式新状态“矮脉冲族群”

2023-08-18 12:34:23 文汇

北京时间 8 月 18 日，国际科学期刊《自然 · 天文》发表了中国科学院国家天文台韩金林研究员领导的王绶琯巡天突击队的新成果，该团队利用中国天眼 FAST 成功探测并解析了一批脉冲星 B2111+46 磁层中零星雨滴般的微弱矮脉冲辐射，这种矮脉冲辐射族群是国际上其他射电望远镜难以观测的脉冲星辐射新形态，揭示了脉冲星辐射濒临熄灭时其磁层结构基本不变的物理事实。


(相关资料图)

脉冲星旋转时一般会周期性地辐射出射电信号，其正常脉冲是在稳定加速大量带电粒子、产生大量 " 雷暴 " 粒子滴所辐射出来的。然而，一些脉冲星经常会在某些周期中辐射完全熄灭，此现象被称为 "脉冲消零"。

脉冲消零的可能物理原因包括磁层结构和辐射区的变化、脉冲星感应电势不足导致放电火花和正负电子对的级联过程不能发生，或其他磁层一些区域产生了等离子体淹没了脉冲星的感应电场区域等。

由于脉冲星辐射熄灭后，完全没有辐射，磁层结构和物理特征很难被探测，因此 " 脉冲消零 " 产生的物理机制一直难以确定。

中国天眼 FAST 具有超高灵敏度，可以对矮脉冲进行精确偏振测量。王绶琯巡天突击队在利用 FAST 进行脉冲星搜寻时，通过仔细处理数据发现，一颗已知脉冲星 B2111+46 在原本以为的 " 脉冲消零 " 状态下仍然有零星暗弱且宽度很窄的脉冲，这样的脉冲被命名为矮脉冲。

脉冲星 B2111+46 是一颗濒临死亡的脉冲星，矮脉冲是由它在脆弱不稳定状态下所形成的一个或少数几个粒子滴产生的。

此后，团队针对这颗星进行了 2 小时的验证观测，获取了一百多个矮脉冲，他们在脉冲强度和宽度的分布上与正常脉冲明显区隔，构成为一个独立的辐射族群。

结果表明，与正常脉冲相比，矮脉冲辐射区域的磁层结构基本没有改变，但矮脉冲中更容易在高频波段流量变的很强。精细测量单粒子滴辐射的反转辐射谱在过去的天文观测中相当罕见。

脉冲星 B2111+46 相对比较年老，已经位于脉冲星的 " 死亡谷 "，因此 " 脉冲消零 " 很可能是由于年老脉冲星感应电势和粒子加速能量不足引起的辐射不稳定。

该团队也在其他几颗脉冲星的 " 脉冲消零 " 状态中也检测到了少量矮脉冲，这种极弱辐射模式的新状态，只有用类似 FAST 极灵敏的望远镜才能探测到。

此次矮脉冲族群的发现为研究脉冲星辐射难题研究打开了一个新窗口，对揭示脉冲星磁层物理及其极端等离子体环境具有重要的科学意义。

作者：许琦敏

图片：国家天文台提供

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