給星空戴一副眼鏡,讓隱藏天體顯形?科學團隊發現最亮的脈沖星

5月3日,《自然》新聞發布了一條消息:經過天文學家們的證實,一個曾經被認為是遙遠星系的天體,實際上是有史以來最亮的星系外脈沖星。

什麼是脈沖星?

簡單地說,所謂脈沖星是會旋轉的中子星,但并非旋轉的中子星都是脈沖星,因為絕大多數(幾乎所有)中子星都會旋轉。

中子星有一個很顯著特征,就是會從星體磁極釋放出強大的輻射,而磁極與脈沖星的自轉軸不重合,會隔一段距離,這樣中子星轉一圈,電磁輻射就像燈塔一樣掃過太空一圈,當這個輻射脈沖掃射到地球時,被地球射電望遠鏡所捕捉,人們就發現了一顆新的脈沖星。

因此準確地說,脈沖星是會旋轉的中子星,其磁極能量輻射掃過了地球,就成為了中子星。因為中子星都很小,一般半徑在10千米左右,因此如果沒有這種脈沖輻射,是很難發現的。

脈沖星的自轉速度極快,人類在1967年發現了第一顆脈沖星,每兩個脈沖時間間隔僅為1.337秒,這也說明這顆脈沖星是每1.337秒轉一圈;現在世界上發現的所有脈沖星,脈沖間隔時間最長的也只有11.765735秒,最短的只有0.0014秒。

脈沖星的脈沖就像人的脈搏或鐘表,一下一下不斷重復出現,非常精準且周期非常穩定。最開始人們對這種現象迷惑不解,曾經被認為是外星人向我們發送信號,因此第一顆脈沖星曾被叫作「小綠人一號」。

后來經過科學家們努力觀測和分析,才確定了這是旋轉的中子星。脈沖星在宇宙中廣泛存在,現在全世界累計已經發現了3000余顆,我國建設在貴州的「中國天眼」(500 米口徑球面射電望遠鏡)其中的任務之一,就是尋找中子星,現在已經找到了500多顆。

神奇的脈沖星「眼鏡」

新近發現的這顆脈沖星比較特殊,它坐落在距離我們16.3萬光年的大麥哲倫星系中。這是一個矮星系,就是比較小的星系,受銀河系引力牽制,因此是銀河系的衛星星系,有恒星約100億顆,而且其中有許多超大恒星,如迄今發現的最大質量恒星r136a1就是在這個星系里。

由于這顆脈沖星脈沖的寬廣和明亮前所未有,其亮度至少是銀河系外其他脈沖星的10倍,與典型脈沖星脈沖輪廓完全不符,因此一直以來沒有人把它當作是脈沖星,而是被認為是一個距離遙遠的星系。

因為太空中有太多的恒星和星系,星系核心也會發出強大的輻射脈沖。這顆脈沖星隱藏在密密麻麻的星空中,發出的脈沖信號遠遠超出過去發現的脈沖星,就被研究者所忽略。

首先懷疑并證實這是一顆脈沖星的,是澳大利亞聯邦科學與工業研究組織的天體物理學家Yuanming Wang和他的國際團隊,他們采用澳大利亞平方公里陣列探路者望遠鏡,從「變量和慢瞬變」調查的數據中發現端倪,加上對一些其他無線電波源研究,就高度懷疑這個射電源不是星系,而是一顆中子星。

最終確定這顆脈沖星的方法,是給太空戴上了一幅「眼鏡」,這并非是我們平時認知的那種眼鏡,而是一套計算機程序。這套程序是根據脈沖星輻射與其他天體輻射的差別,屏蔽掉那些非脈沖星特點的光,就像濾布把其他的雜光都過濾掉了一樣,脈沖星就從一片光芒中脫穎而出。

脈沖星輻射通常是高偏振的,其中一些以圓形方式振蕩,很少有其他天體像這樣偏振,這套程序就是只讓具有圓偏振波長的光通過。結果發現,這是迄今發現的史上最亮的一顆銀河系外脈沖星,其脈沖的寬度是大麥哲倫星系中其他已知脈沖星的2倍多,亮度是已發現脈沖星的10倍以上。

從上面圖片我們可以看出,用上這個程序,就像戴上了一幅偏振光眼鏡,漫天的星光突然消失了,這顆脈沖星就從「濫竽充數」的漫天光芒中「原形畢露」。

這套「眼鏡」技術有廣闊的運用前景

這顆有史以來最亮脈沖星被命名為PSR J0523-7125,這項研究成果于2022年5月5日發表在世界著名的《天體物理學雜志》上。世界上其他的一些望遠鏡,如南非的MeerKAT射電望遠鏡,也證實了他們的發現。

而在這項成果中,科學家們最感興趣的是這套發現中子星的「眼鏡」技術。

論文的合著者,澳大利亞悉尼大學射電天文學家Tara Murphy說:這顆脈沖星盡管非常亮,但由于其不同尋常的性質而被研究所忽略;這是我們第一次以系統方式尋找脈沖星的極化,我們期待著利用這項技術發現更多的脈沖星。

美國射電天文學家Yvette Cendes表示,脈沖星是一種瞬變天體,偏振數據有助于縮小物體的來源,也表明這項技術有可能在未來識別其他瞬變。

相信這幅「眼鏡」技術會不斷成熟,給未來天文觀測帶來更多有益的探索和啟示,運用這項技術,至少對脈沖星的發現會更快更多更精確。如果我們天眼也用上這套技術,相信會更快發現更多的脈沖星。

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