“慧眼”衛星再次刷新宇宙最強磁場紀錄

最近，“慧眼”衛星團隊在繼2020年直接測量到約10億特斯拉的宇宙磁場之后，又測量到超過16億特斯拉的宇宙磁場，大幅度刷新了宇宙最強磁場直接測量的世界紀錄。相關成果在線發表于國際期刊《天體物理雜志通訊》。中科院高能所孔令達博士、張澍研究員、張雙南研究員為論文通訊作者。

此次，科研人員在對銀河系內第一顆超亮X射線脈沖星Swift J0243.6+6124的爆發進行觀測時，發現了能量高達146千電子伏的回旋吸收線，對應超過16億特斯拉的中子星表面磁場。

“之所以要研究中子星表面磁場，是為了理解中子星的形成過程。同時，在中子星的強磁場中，我們也可以進一步研究量子電動力學等物理現象。”孔令達告訴《中國科學報》。

孔令達介紹，以前，天文學家們在銀河系以外的多個星系里發現了超亮X射線脈沖星，他們推測其脈沖星的磁場強度很高，但并沒有直接的測量證據。

Swift J0243.6+6124是一種中子星X射線雙星系統，它由中子星與其伴隨恒星組成，伴隨恒星的氣體在中子星的強引力作用下落向中子星，形成了圍繞中子星高速轉動的氣體盤，即吸積盤。吸積盤上的物質會沿著中子星的磁力線落到中子星表面，發出強烈的X射線輻射，該輻射隨著中子星的轉動，形成周期性的X射線脈沖信號，因此這類天體也被稱為“X射線吸積脈沖星”。

過去，天文學家觀測發現，X射線吸積脈沖星在X射線輻射能譜上會出現“凹陷”結構，這是X射線光子被在磁場中回旋運動的電子共振散射吸收造成的，因此將其稱為“回旋吸收線”。回旋吸收線，是科學家用來直接測量中子星表面附近磁場強度的唯一方法。回旋吸收線處的能量對應的磁場強度就是中子星表面的磁場強度。

2020年，“慧眼”衛星在編號為GRO J1008-57的中子星中探測到了90千電子伏的回旋吸收線，對應10億特斯拉的中子星表面磁場，是當時宇宙磁場直接測量的世界紀錄。隨后，“慧眼”團隊還在另外一個中子星（1A 0535+262）的能譜上探測到了約100千電子伏的回旋吸收線。

此次“慧眼”衛星的觀測結果，不僅是迄今宇宙天體磁場直接測量的最高紀錄，還首次在超亮X射線吸積脈沖星中直接測量了其中子星的表面磁場。

孔令達表示，“慧眼”衛星連續三次刷新回旋吸收線能量測量的最高紀錄，表現出在探測天體高能X射線能譜方面具有國際領先的獨特能力。

“慧眼”衛星最早于1993年由中科院高能所李惕碚、吳枚等人提出，是我國第一顆X射線天文衛星，承載高能X射線望遠鏡、中能X射線望遠鏡和低能X射線望遠鏡三種科學載荷和空間環境監測器。與國外的X射線衛星相比，“慧眼”衛星具有覆蓋能段寬、在高能X射線能段的有效面積最大、時間分辨率高、探測死時間很小、觀測強源沒有光子堆積效應等突出優點，打開了觀測黑洞、中子星硬X射線快速光變和能譜研究的新窗口。

“慧眼”衛星于2017年6月發射升空，今年6月，原本設計壽命為四年的“慧眼”衛星，在軌運行時間已達五周年。

孔令達介紹，由中國科學家發起和主導的重大國際合作空間科學項目——增強型X射線時變與偏振空間天文臺（eXTP）還將進一步對中子星磁場相關問題進行深入研究。