我國科學家發現脈沖星自轉狀態突變導致星風云亮度變化

　　經典輻射理論認為高速自轉的脈沖星通過磁偶極輻射釋放能量，同時自轉減慢。但近來越來越多的理論認為，導致脈沖星自轉減慢的主要原因是高速旋轉的磁場產生的以接近于光速向外運動的星風。在星風向外擴散的過程中，密度和沖擊壓越來越低，最終在與周圍環境壓強相平衡的地方形成截止激波，帶電粒子在激波中可能被進一步加速，然后通過同步輻射發出X射線和/或其他能量的光子，形成諸如著名的蟹狀星云這樣空間尺度為幾光年的脈沖星風云（如圖）。然而，這一過程的物理機制仍然非常不明確，主要原因在于天文學家雖然能觀測到脈沖星和星風云相關聯，但無法在時間上建立二者的物理聯系。

　　近日，在“大科學裝置前沿研究”重點專項等的支持下，中國科學院高能物理研究所葛明玉、盧方軍研究組等與國外合作者第一次發現脈沖星自轉減速率突變導致脈沖星風云亮度變化的現象，為研究脈沖星自轉減速機制、脈沖星磁場結構以及脈沖星風云的基本物理性質提供了重要的觀測依據。通過分析多顆X射線天文衛星對脈沖星PSR B0540-69的觀測數據，研究人員發現，在自轉變慢的減速率發生突變（減速率的數值突然增加約36%）之后，該脈沖星周圍的X射線脈沖星風云的亮度逐漸增亮，在約400天內逐漸增加了32±8%，與其自轉減速率的突變幅度相當。這種自轉減速率的突變與傳統的脈沖星脈沖性質非常不同，研究人員認為其源于脈沖星磁極區域的磁場升高，從而導致了脈沖星風的增強和脈沖星風云的X射線發射。

　　這一研究首次在觀測上建立了從脈沖星自轉減速率突變、星風增強到星風云變亮的時間和邏輯關系，也證明星風是導致該脈沖星自轉變慢的主要原因。相關研究結果于2019年8月26日在《Nature Astronomy》（自然·天文學）上在線發表。

圖: 脈沖星及脈沖星風云系統示意圖，中間橙色部分代表脈沖星（不按比例）。

（圖片來源：中國科學院高能物理研究所, 葉梓頤）