由馬克斯·普朗克引力物理研究所領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組發(fā)現(xiàn)，射電脈沖星J0952-0607也發(fā)射脈沖伽馬輻射。J0952-0607在一秒內(nèi)自轉(zhuǎn)707次，在快速旋轉(zhuǎn)的中子星列表中排名第二。

通過(guò)分析美國(guó)宇航局費(fèi)米伽瑪射線太空望遠(yuǎn)鏡8.5年的數(shù)據(jù)，過(guò)去兩年的LOFAR射電觀測(cè)，兩架大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)，以及LIGO探測(cè)器的引力波數(shù)據(jù)，該研究小組使用多信使方法詳細(xì)研究了脈沖星及其輕量級(jí)伴星的雙星系統(tǒng)，其研究發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上。

研究表明極端脈沖星系統(tǒng)隱藏在費(fèi)米目錄中，并激發(fā)了進(jìn)一步的搜索。盡管分析非常廣泛，但也提出了關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)新的未回答問(wèn)題。脈沖星是恒星爆炸的緊湊殘余物，具有強(qiáng)大的磁場(chǎng)，并且快速旋轉(zhuǎn)。它們像宇宙燈塔一樣發(fā)射輻射，可以作為射電脈沖星和/或伽馬射線脈沖星被觀察到（這取決于它們朝向地球的方向）。PSR J0952-0607(該名稱表示天空中的位置)于2017年首次被費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡確定為可能是脈沖星源的無(wú)線電觀測(cè)發(fā)現(xiàn)。

在費(fèi)米大面積望遠(yuǎn)鏡(LAT)數(shù)據(jù)中沒(méi)有檢測(cè)到伽馬射線的脈沖。利用射電望遠(yuǎn)鏡陣列LOFAR進(jìn)行的觀測(cè)確定了一個(gè)脈沖射電源，并與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)一起測(cè)量脈沖星的一些屬性。它與一顆重量?jī)H為太陽(yáng)50倍的伴星在6.2小時(shí)內(nèi)圍繞質(zhì)心運(yùn)行。脈沖星在一秒鐘內(nèi)自轉(zhuǎn)707次，因此在我們的銀河系中，除了球狀星團(tuán)的密集恒星環(huán)境外，它的自轉(zhuǎn)速度是最快的。利用這一關(guān)于雙星脈沖星系統(tǒng)的先驗(yàn)信息，漢諾威AEI的博士生Lars Nieder著手研究脈沖星是否也發(fā)射脈沖伽馬射線。

搜索極微弱的信號(hào)

這項(xiàng)研究極具挑戰(zhàn)性，因?yàn)橘M(fèi)米伽馬射線望遠(yuǎn)鏡在8.5年的觀測(cè)中只記錄到了來(lái)自微弱脈沖星大約200條伽馬射線。在這段時(shí)間里，脈沖星本身自轉(zhuǎn)了2200億次。換句話說(shuō)，每十億轉(zhuǎn)就有一條伽馬射線被觀測(cè)到！對(duì)于這些伽馬射線中的每一個(gè)，搜索必須準(zhǔn)確確定其在每1.4毫秒旋轉(zhuǎn)期間發(fā)射的時(shí)間。這需要以非常精細(xì)的分辨率梳理數(shù)據(jù)，以便不遺漏任何可能的信號(hào)。所需的計(jì)算能力非巨大，對(duì)微弱伽馬射線脈沖非常敏感的搜索需要24年才能在單個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)核上完成。

通過(guò)在漢諾威AEI使用Atlas計(jì)算機(jī)集群，它只用了兩天就完成了。搜索發(fā)現(xiàn)了一個(gè)信號(hào)，但有些地方出了問(wèn)題！信號(hào)非常微弱，并沒(méi)有完全在它應(yīng)該在的地方。原因是：我們對(duì)J0952-0607伽馬射線的檢測(cè)揭示了最初光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)中的位置誤差，研究人員用來(lái)瞄準(zhǔn)所分析的，對(duì)伽馬射線脈沖的發(fā)現(xiàn)揭示了這個(gè)誤差。這個(gè)錯(cuò)誤在報(bào)道射電脈沖星發(fā)現(xiàn)的出版物中得到了糾正。一項(xiàng)新的和擴(kuò)展伽馬射線搜索使得在修正位置發(fā)現(xiàn)了相當(dāng)微弱，但在統(tǒng)計(jì)上意義重大的伽馬射線脈沖星。

在發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)脈沖星的脈沖伽馬輻射存在后，該小組回到費(fèi)米數(shù)據(jù)，并利用2008年8月至2017年1月的整整8.5年來(lái)確定脈沖星及其雙星系統(tǒng)的物理參數(shù)。由于來(lái)自J0952-0607的伽馬輻射如此微弱，必須加強(qiáng)先前開(kāi)發(fā)的分析方法，以正確地包括所有未知數(shù)。導(dǎo)出的解決方案包含了另一個(gè)驚喜，因?yàn)樵?011年7月之前的數(shù)據(jù)中不可能檢測(cè)到脈沖星的伽馬射線脈沖，至于為什么脈沖星似乎只在那個(gè)日期之后才顯示脈動(dòng)的原因尚不清楚。它發(fā)射的伽馬射線數(shù)量變化可能是原因之一，但脈沖星是如此微弱，以至于不可能以足夠的準(zhǔn)確性來(lái)檢驗(yàn)這一假設(shè)。

在類似系統(tǒng)中觀察到的脈沖星軌道的變化也可能提供一個(gè)解釋，但在數(shù)據(jù)中甚至沒(méi)有出現(xiàn)這種情況的暗示。該小組還利用位于拉西拉的ESO新技術(shù)望遠(yuǎn)鏡和位于拉帕爾馬的Gran Telescopio Canarias進(jìn)行觀測(cè)來(lái)檢查脈沖星的伴星，這顆伴星很可能被潮汐鎖定在脈沖星上，就像月球和地球一樣，因此一側(cè)總是面對(duì)脈沖星，并被其輻射加熱。當(dāng)伴星圍繞雙星系統(tǒng)的質(zhì)心運(yùn)行時(shí)，從地球上可以看到它的熱“日”面和較冷的“夜”面，觀察到的亮度和顏色也不同。這些觀察創(chuàng)造了另一個(gè)謎團(tuán)，雖然無(wú)線電觀測(cè)指向到脈沖星的距離約為4400光年，但光學(xué)觀測(cè)暗示的距離大約是脈沖星的三倍。

尋找連續(xù)的引力波

如果該系統(tǒng)相對(duì)靠近地球，它將擁有一個(gè)前所未有的極其小型的高密度伴星，而較大的距離與已知類似脈沖星伴星密度是兼容的。對(duì)這種差異的解釋可能是脈沖星粒子風(fēng)中的沖擊波存在，這可能導(dǎo)致伴星的不同加熱。更多的伽馬射線觀測(cè)和費(fèi)米LAT觀測(cè)應(yīng)該有助于回答這個(gè)問(wèn)題。漢諾威AEI的另一組研究人員使用第一次(O1)和第二次(O2)觀測(cè)運(yùn)行的LIGO數(shù)據(jù)，搜索脈沖星的連續(xù)引力波發(fā)射。當(dāng)脈沖星有微小變化時(shí)，它們可以發(fā)射引力波。搜索沒(méi)有檢測(cè)到任何引力波，這意味著脈沖星形狀必須非常接近一個(gè)完美的球體，最高的凸起不到一毫米。

快速旋轉(zhuǎn)的中子星

理解快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星很重要，因?yàn)樗鼈兪菢O端物理的探測(cè)器?？熘凶有窃诿撾x離心力之前如何自轉(zhuǎn)未知，并且取決于未知的核物理。像J0952-0607這樣的毫秒脈沖星之所以旋轉(zhuǎn)得如此之快，是因?yàn)樗鼈儽煌榈奈镔|(zhì)吸積而旋轉(zhuǎn)起來(lái)。這個(gè)過(guò)程被認(rèn)為埋葬了脈沖星的磁場(chǎng)。

通過(guò)長(zhǎng)期的伽馬射線觀測(cè)，研究小組表明，J0952-0607是脈沖星有史以來(lái)測(cè)量到的十個(gè)最低磁場(chǎng)之一，這與理論上的預(yù)期一致。研究人員表示將繼續(xù)用伽馬射線、射電和光學(xué)天文臺(tái)來(lái)研究這個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)殛P(guān)于它還存在未回答的問(wèn)題。這一發(fā)現(xiàn)也再次表明，極端脈沖星系統(tǒng)隱藏在費(fèi)米LAT目錄中，并有信心在未來(lái)做出更令人興奮的發(fā)現(xiàn)。

博科園｜研究/來(lái)自：馬克斯·普朗克學(xué)會(huì)

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab357e

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