神秘的银河信号 磁星观测为快速射电爆发提供了新线索

神秘的银河信号磁星观测为快速射电爆发提供了新线索中国五百米口径球面射电望远镜（FAST）快速射电暴（FRBs）是一种长达毫秒的深空宇宙电磁辐射爆炸，在发现它的15年多之后，全世界的天文学家一直在对宇宙进行梳理，以发现有关其形成过程和原因的线索。几乎所有已发现的FRB都源自银河系以外的深空。直到2020年4月，第一个银河系FRB被探测到，命名为FRB20200428。这个FRB是由一颗磁星（SGRJ1935+2154）产生的，磁星是一颗致密的、城市大小的中子星，具有无比强大的磁场。这一突破性发现让一些人相信，在银河系外宇宙学距离上发现的FRB也可能是由磁星产生的。然而，磁星自旋引起的自转周期，这种情况的"烟枪"至今还没有被发现。对SGRJ1935+2154的新研究揭示了这一奇怪的差异。在最近一期的《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上，包括UNLV天体物理学家张兵在内的一个国际科学家小组报告了在2020年4月发生FRB之后对SGRJ1935+2154的持续监测，以及5个月后发现的另一种被称为射电脉冲星相的宇宙学现象。为了帮助他们寻找答案，天文学家在一定程度上依赖于强大的射电望远镜，如中国的大型五百米口径球面射电望远镜（FAST），来跟踪FRB和其他深空活动。利用FAST，天文学家观测到FRB20200428和后来的脉冲星阶段来自磁星范围内的不同区域，这暗示了不同的起源。"FAST在13天内的16.5小时内从源头探测到了795个脉冲，"论文第一作者、中国国家天文台朱威威说。"这些脉冲显示出与从源头观测到的爆发不同的观测特性"。磁层区域发射模式的这种二分法有助于天文学家了解FRB和相关现象在银河系内以及更远的宇宙学距离上是如何以及在哪里发生的。了解射电脉冲和磁星射电脉冲是一种宇宙电磁爆炸，与FRB类似，但通常发出的亮度比FRB低大约10个数量级。脉冲通常不是在磁星上观测到的，而是在被称为脉冲星的其他旋转中子星上观测到的。据论文通讯作者、内华达天体物理中心主任张说，大多数磁星在大多数时候都不会发出射电脉冲，这可能是由于它们的磁场非常强。但是，就像SGRJ1935+2154的情况一样，它们中的一些在经历了一些爆发活动后会成为临时的射电脉冲星。射电脉冲星和脉冲星的另一个不同之处在于它们的发射"相位"，即在每个发射周期中发射射电的时间窗口。"与射电脉冲星中的脉冲一样，磁星脉冲也是在周期内一个狭窄的相位窗口内发射的。"这就是众所周知的"灯塔"效应，即发射光束每周期扫视视线一次，而且只在每个周期的短暂时间间隔内发射。这样人们就可以观测到脉冲射电发射。2020年4月的FRB以及后来几个能量较低的爆发是以随机的相位发射的，不在脉冲星相位确定的脉冲窗口内。这强烈表明，脉冲和爆发源自磁星磁层内的不同位置，表明脉冲和爆发之间可能存在不同的发射机制。对宇宙学FRB的影响对银河系FRB源的如此详细的观测揭示了宇宙学距离上普遍存在的神秘FRB。许多宇宙FRB源--那些发生在银河系之外的FRB源--已经被观测到重复出现。在某些情况下，FAST从少数几个源中探测到了数千个重复爆发。过去曾利用这些脉冲串对秒级周期性进行过深入搜索，但至今没有发现任何周期，使人们对过去流行的重复FRB由磁星驱动的观点产生了怀疑。天文学家们发现，爆发倾向于以随机的阶段产生，这为从重复FRB中检测不到周期性提供了一个自然的解释。由于未知的原因，爆发往往会从磁星的各个方向发射，因此无法从FRB源中确定周期。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380607.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380607.htm

揭开磁星的秘密：研究人员观察、测试与计算"反差错"理论

揭开磁星的秘密：研究人员观察、测试与计算"反差错"理论这让莱斯大学的天体物理学家MatthewBaring和他的团队能够测试一个关于SGR1935+2154的不寻常的减速原因的新理论，或者说是"反差错"，这是一颗被称为磁星的高磁性中子星，由专门的轨道望远镜及时测量。在本月发表在《自然-天文学》上的一项研究中，巴林和合著者使用来自欧洲航天局X射线多镜任务（XMM-牛顿）和美国宇航局中子星内部成分探测器（NICER）的X射线数据来分析该磁星的旋转。观察表明，突然的减速可能是由该恒星表面的火山状破裂引起的，该破裂将大量粒子的"风"喷入太空。这项研究确定了这种风如何能够改变恒星的磁场，以及可能开启无线电发射的条件，这些无线电发射随后被中国的五百米口径球面望远镜（FAST）所测量。马修-巴林是莱斯大学的物理学和天文学教授"人们推测，中子星的表面可能有类似于火山的东西，"物理学和天文学教授巴林说。"我们的发现表明，情况可能是这样的，在这个场合，破裂很可能是在该星的磁极或附近。"SGR1935+2154和其他磁星是一种中子星，是在强烈引力下坍塌的死星的紧凑残骸。磁星大约有十几英里宽，密度和原子核一样大，每几秒钟旋转一次，具有宇宙中最强烈的磁场。磁星释放出强烈的辐射，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解读出许多关于这些不寻常的恒星的信息。例如，通过计算X射线的脉冲，物理学家可以计算出一个磁星的旋转周期，或者它进行一次完整的旋转所需的时间，就像地球在一天内所做的那样。磁星的旋转周期通常变化缓慢，需要数万年的时间来减缓每秒一次的旋转。突发事件是指旋转速度的突然增加，这往往是由恒星深处的突然转变造成的。巴林说："在大多数突发事件中，脉动周期变短，意味着恒星的旋转速度比原来快一些。教科书上的解释是，随着时间的推移，恒星的外层、磁化层变慢了，但是内部的、非磁化的核心却没有。这导致了这两个区域之间的边界上的应力积累，而一个突发事件预示着旋转能量突然从旋转较快的核心转移到旋转较慢的地壳。"磁星的突然旋转变慢是非常罕见的，天文学家只记录了三次，包括2020年10月的事件。虽然变慢可以按常规用恒星内部的变化来解释，但反过来可能无法解释。巴林的理论是基于这样的假设：它们是由恒星表面和周围空间的变化引起的。在新的论文中，他和他的合著者构建了一个火山驱动的风模型来解释2020年10月反褶皱的测量结果。该模型只使用标准的物理学，特别是角动量的变化和能量守恒，来解释旋转减速的原因。"一个强大的、大质量的粒子风从恒星上喷出几个小时，可以为旋转周期的下降建立条件。计算表明，这样的风也将有能力改变中子星外磁场的几何形状。这可能是源自于一个类似火山的形成，因为X射线脉动的一般特性很可能要求风从表面的一个局部区域发起。"他说："2020年10月事件的独特之处在于，就在事件发生的几天后，有一个来自磁星的快速无线电爆发，以及此后不久开启的脉冲式、短暂的无线电发射，我们只看到过少量的瞬时脉冲射电磁星，这是我们第一次看到一个磁星的射电开关几乎与"反差错"事件出现。"巴林认为，这种时间上的巧合表明反差错和无线电发射是由同一事件引起的，他希望对火山活动模型的额外研究将提供更多的答案。他说："风的解释提供了一条理解为什么无线电发射会开启的路径。它提供了我们以前没有的新见解"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347161.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347161.htm

磁星"星震"可能是来自太空的神秘无线电信号的源头

磁星"星震"可能是来自太空的神秘无线电信号的源头自2007年首次发现以来，人类已经探测到数千次FRB，有些是一次性事件，有些则在可预测或随机的时间范围内重复出现。艺术家描绘的磁星，它是快速射电暴之谜的主要嫌疑人欧空局究竟是什么导致了这些事件的发生仍然是个谜，但由于现在记录在案的FRB数量如此之多，天文学家们已经能够做出一些有根据的猜测。其中一些被追溯到中子星--大质量恒星坍缩的内核--特别是那些具有极强磁场的中子星，即磁星。即便如此，我们仍然很难解释这些天体是如何产生信号的。但现在我们可能更接近答案了。东京大学的科学家们分析了来自重复源的数千个FRB的时间-能量相关性，并将它们与其他高能事件进行了比较。太阳耀斑一直是一种有力的解释，但有趣的是，研究小组发现这些耀斑与FRB之间存在明显差异。然而，FRB和地震之间却有惊人的相似之处。"首先，单一事件发生余震的概率为10%-50%，"该研究的共同作者TomonoriTotani教授说。"其次，余震发生率随着时间的推移而降低，为时间的幂次；第三，即使FRB-地震活动（平均发生率）发生显著变化，余震发生率也始终保持不变；第四，主震和余震的能量之间没有相关性。"那么，对于我们这些不精通统计分析的人来说，这一切意味着什么呢？研究小组说，这些发现表明，FRB可能不是由中子星的耀斑产生的，而是由"星震"产生的，"星震"会突然释放出巨大的能量。更奇怪的是，有些中子星可能真的有坚固的外壳供这些地震发生--最近对磁星的X射线观测支持了这一假设。当然，这种奇怪的假设还需要更多的研究来证实或排除。由于经常发生如此多的FRB，因此不乏数据可供研究。这项研究发表在《皇家天文学会月刊》（MonthlyNoticesoftheRoyalAstronomicalSociety）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390513.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390513.htm

磁性决定命运：HD 45166中的Wolf-Rayet如何蜕变成磁星

磁性决定命运：HD45166中的Wolf-Rayet如何蜕变成磁星这幅艺术家印象图显示的是HD45166，这是一颗最近发现的大质量恒星，它拥有43,000高斯的强大磁场，是迄今为止在大质量恒星中发现的最强磁场。从恒星吹出的强烈粒子风被磁场困住，将恒星包裹在气态外壳中，如图所示。图片来源：ESO/L.卡尔卡达磁星是中子星的一种特殊类型，其特点是具有强大的磁场。通常情况下，中子星起源于超新星事件，即一颗大质量恒星的内核坍缩。然而，磁星的起源仍不清楚。有一种理论认为，在超新星爆炸过程中，原恒星大质量内核中磁场的放大可能会导致磁星的形成。然而，在有可能在爆炸后变成中子星的进化恒星中，以前还没有探测到这种强大的磁场。这幅艺术家的印象图展示了几百万年后，HD45166将如何爆炸成一颗非常明亮但能量并不特别高的超新星。在爆炸过程中，它的内核会收缩，困住并集中恒星本已令人生畏的磁场线。资料来源：NOIRLab/AURA/NSF/P.Marenfeld/M.扎马尼HD45166的发现TomarShenar和他的研究小组将目光转向了HD45166，这是一个双星系统，由一颗主序星和一颗热狼射线星伴星组成。Wolf-Rayet星是大质量恒星外露的氦核心，已经失去了外层的氢。申纳尔和他的同事利用加拿大-法国-夏威夷望远镜（Canada-France-HawaiiTelescope）的光谱测量观测数据和其他各种仪器的档案光谱，确定了HD45166的Wolf-Rayet星（Wolf-Rayet）成分的质量相当于2个太阳质量，并拥有43千高斯的巨大磁场。这幅艺术家印象图展示了HD45166内核坍缩后的最终命运，它形成了一颗磁场约为100万亿高斯的中子星--这是宇宙中最强大的磁铁类型。资料来源：NOIRLab/AURA/NSF/P.Marenfeld/M.扎马尼从观测到恒星演化模型研究小组依靠恒星演化模型并整合所获得的数据，推断这颗Wolf-Rayet成分注定会坍缩成一颗中子星。他们的计算表明，在这种内核坍缩过程中，磁通量的保持会放大磁场强度，使其处于磁星的观测范围之内。作者总结说："因此，我们的观测结果和恒星演化模型表明，类似Wolf-Rayet的成分可能是磁星的直接祖先。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380269.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380269.htm

有关磁星的新发现令天文学家困惑不已 也是对物理学的挑战

有关磁星的新发现令天文学家困惑不已也是对物理学的挑战美国海军研究实验室的甚大阵列（VLA）低波段电离层和瞬变实验（VLITE）望远镜在协助天文学家确认一种新的恒星现象的发现方面发挥了重要作用，这种现象挑战了目前科学界对中子星物理学的理解。该天体被认为是超长周期磁星，这是一种罕见的恒星类型，具有极强的磁场，能够产生强大的能量爆发，这一发现于7月19日发表在《自然》杂志上。"按照目前的理解，这个天体不应该发射无线电波，然而我们却在数十年间探测到了无线电波，我们不知道这是为什么。这是一个令人兴奋的谜"。-NRL研究天文学家兼VLITE项目科学家TracyClarke博士NRL的VLITE于2014年与美国国家射电天文台(NRAO)合作开发。VLITE在VLA上作为独立仪器运行，用于电离层和天体物理学研究。VLITE的18根天线每年收集超过6000小时的数据，并在NRL存档。VLITE最初用于持续监测地球电离层，以研究可能影响电离层的干扰，如地磁风暴、地震事件和重力波。通过这种持续监测，它可以作为一种工具来探测瞬态突波，即来自宇宙源的无线电波爆发，如果不进行持续观测，这些突波是难以捉摸的。了解这些现象可以帮助天文学家更好地了解宇宙。2022年9月，由澳大利亚科廷大学和国际射电天文研究中心（ICRAR）领导的一个国际天文学家小组利用默奇森宽视场阵列（MWA）发现了这个恒星天体（命名为GPMJ1839-10）。这一发现掀起了全世界了解GPMJ1839-10的热潮。NRL天文学家迅速重新处理了存储的VLITE数据，确定了该恒星天体先前隐藏的发射。有了VLITE的结果，天文学家们翻阅档案，追溯到三十多年前，即1988年。动画描述了这一发现、该天体的行为以及它可能的样子。图片来源：ICRARNRL研究天文学家SimonaGiacintucci博士说："这个神秘的天体已经在数据中隐藏了几十年--我们只是不知道我们必须寻找它，直到MWA发现了它。GPMJ1839-10每22分钟就会发出一个5分钟的射电波长发射脉冲，它这样做已经至少有33年了。"NRL研究天文学家兼VLITE项目科学家特雷西-克拉克博士说："这样的发现令人兴奋，因为它们凸显了我们对这些被称为磁星的极端恒星的物理学理解的差距。根据目前的理解，这个天体不应该发射无线电波，但我们却在数十年间探测到了无线电波，而且我们还不清楚原因何在。这是一个令人兴奋的谜。"天文学家认为，GPMJ1839-10是一种罕见的中子星，具有极其强大的磁场。克拉克说："天文学是一种奇怪的职业，我们无法到天体中去研究它们。我们感兴趣的是，到底有多少这样的天体，它们位于哪里。这是未来研究的方向。"VLITE已经超额完成了最初的任务，实现了发现类似天体的希望。NRL天文学家将继续搜索用VLITE生成的数据集，以引导未来的发现，并通过其中包含的迷人天体更好地了解宇宙。NRL的仪器和尖端研究为海军和国防部的任务提供了支持，同时继续为全球科学做出贡献。有关这一发现的更多信息，请参阅《天文学家发现神秘恒星天体，每22分钟发射一次无线电波》（AstronomersFindMysteriousStellarObjectEmittingRadioWavesEvery22Minutes）。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373831.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373831.htm

揭开宇宙的神秘面纱：研究人员使用高功率激光器研究磁重联

揭开宇宙的神秘面纱：研究人员使用高功率激光器研究磁重联美国宇航局概念图像实验室的截图："整个太阳系的磁重联"。当反平行的磁场--在这种情况下，在太阳耀斑中发现--发生碰撞、断裂和重新排列时，就会发生磁重联。这个过程产生了一个高能量的爆炸，将粒子抛向太空。资料来源：美国宇航局概念图像实验室粒子和能量在太空中的一个驱动力是一种叫做磁重联的现象。顾名思义，磁重联是指两个反平行的磁场--如两个方向相反的磁场--发生碰撞、断裂，并重新排列。虽然听起来很无害，但它远不是一个平静的过程。"这种现象在宇宙中随处可见，你可以在太阳耀斑或地球的磁层中看到它们。九州大学工程科学学院的助理教授、该研究的第一作者TaichiMorita解释说："当太阳耀斑积累起来，似乎'捏'出一个耀斑时，这就是磁重联。事实上，极光的形成是地球磁场中的磁重联所排出的带电粒子的结果"。尽管它经常发生，但该现象背后的许多机制还是一个谜。目前科学家们正在对其进行研究，例如在美国宇航局的磁层多尺度任务中，通过送入地球磁层的卫星实时研究磁重联。然而，诸如重新连接的速度或来自磁场的能量如何转换和分配给等离子体中的粒子等问题仍然没有得到解释。将卫星送入太空的一个替代方法是使用激光，并人为地产生产生磁重联的等离子弧。然而，如果没有合适的激光强度，产生的等离子体太小而且不稳定，就无法准确地研究这些现象。"拥有所需功率的一个设施是大阪大学的激光工程研究所和他们的GekkoXII激光器。这是一个巨大的12束高功率激光器，可以产生足够稳定的等离子体供我们研究，"Morita解释说。"使用高能激光器研究天体物理现象被称为'激光天体物理学实验'，它是近年来的一种发展方法。"在《物理评论E》上报道的他们的实验中，高功率激光器被用来产生两个具有反平行磁场的等离子体场。然后，研究小组将低能量激光聚焦到等离子体的中心，在那里磁场将相遇，理论上将发生磁重联。"我们基本上是在重现太阳耀斑的动态和条件。尽管如此，通过分析来自低能量激光的光线如何散射，我们可以测量各种参数，包括等离子体温度、速度、离子价、电流和等离子体流速，"Morita继续说道。他们的关键发现之一是记录了磁场交汇处电流的出现和消失，表明磁重联。此外，他们还能够收集关于等离子体加速和加热的数据。该团队计划继续他们的分析，并希望这些类型的"激光天体物理学实验"将更容易被用作研究天体物理现象的替代或补充方式。"这种方法可以用来研究各种东西，如天体物理学冲击波、宇宙射线加速和磁湍流。Morita总结说："这些现象中有许多会损坏和破坏电气设备和人体。"因此，如果我们想成为一个航天种族，我们必须努力了解这些常见的宇宙事件。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339541.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339541.htm