也许答案是磁陀星

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翻译：贺玉影

校对：牧夫校对组

编排：胡暖暖

后台：朱宸宇

https://www.space.com/mysterious-bursts-raditation-neutron-stars-magnetars

上图展示了一颗磁陀星*SGR 1935+2154发射出快速射电脉冲的场景。图片来源：欧洲空间局

*磁陀星（magnetar）曾译为“强磁星”，2019年天文名词会讨论定为“磁陀星”，避免与“磁星”(magnetic star)混淆。

新研究揭示：大质量星死亡时所形成的不同类型的中子星有着类似的表现。听起来没啥，但往大了想，该发现进一步支持了下面的观点：可能就是这些密度巨大、一勺的质量就相当于一座珠穆朗玛峰的超级特别的死星造成了神秘的快速射电暴FRBs（Fast Radio Bursts）。

FRBs的艺术表现图。图片来源：Science America/Mark Ross

毫秒级的射电辐射脉冲FRBs的源头好像比银河系的尽头还远，但自从2007年发现它们以来，它们的起源一直笼罩在神秘之中。不过，还是有一个可以怀疑的对象：高度磁化的中子星，现称磁陀星。

来自德国的马克斯·普朗克射电天文学研究所（MPIfR）和英国曼彻斯特大学的研究人员组成了本次研究的团队，大家合力发现了磁陀星和其他所谓“射电噪”（radio-loud）的中子星的脉冲结构和旋转之间的关系。

团队发现：不同类型的中子星当中存在相似的“通用标度”，暗示等离子体处理可能本身就造成了射电辐射。这一发现也使科学家们将FRBs中观察到的结构解释为相应的旋转周期所导致的结果。

该发现的论文的第一作者、MPIfR主任迈克尔·克莱默在一份声明中说：“当我们开始比较磁陀星辐射与FRBs时，我们就预期会有相似之处，但没想到所有射电噪的中子星都共享这种通用标度。”

中子星！脉冲星！磁陀星！哦哦！

一颗中子星的艺术表现图。图片来源：NASA

中子星是由大质量恒星核聚变燃料用尽形成的。一颗恒星耗尽这种燃料后，支持它们克服自身引力向内崩溃的能量就消失了。这导致恒星外层被吹散，发生大规模的超新星爆炸，而核心本身则坍缩。

这种坍缩会一直持续，直到该区域的电子和质子相撞并产生一片富含中子的物质海，阻止恒星核心进一步坍缩。进一步坍缩会使核心最终形成一个黑洞。然而，没有黑洞的情况下，核心坍缩的结果是一个大约相当于地球城市宽度的物体，约为20公里，以及具有难以想象的高密度的物质。（请想想缩于一勺的珠穆朗玛峰）

然而，这并不是引起引力坍缩的唯一极端特性。就像滑冰者可以通过收紧胳膊来加速旋转一样，创造中子星的恒星核心减小半径，从而“加速旋转”。这个加速旋转的过程可以对核心产生相当大的影响。例如，一些年轻的中子星可以每秒旋转多达700次。如果它们发射出扫过地球的射电束，像宇宙的灯塔发出光束一样，这样快速旋转的中子星就被称为脉冲星。每秒旋转数百次的中子星被称为毫秒脉冲星。

缩小半径后的加速旋转演示。图源：搜狐体育

尽管脉冲星以其周期性的特性而闻名，又有一种发射较为零散和不太规律的射电波的中子星“自转型暂现射电源（Rotating Radio Transients）”。

自转型暂现射电源（Rotating Radio Transient）的艺术表现图。图片来源：欧洲空间局

而且，在这一坍缩过程中，恒星核心的磁场线“向内坍塌”，产生了比地球的磁场强一千亿倍的磁场。但比起普通的中子星，有些中子星的磁场又超越极限地强至普通中子星磁场的一千倍。

它们被称为磁陀星

星团维斯特卢1（Westerlund 1）中的磁陀星的艺术表现图。图源：欧洲空间局/L. Calçada

截至目前，天文学家已经发现了约30颗磁陀星，其中6颗已被观测到射电辐射，使得科学家们推测FRBs来自银河系外——银河系外的磁陀星。

发现所有“射电噪”中子星之间的联系

该团队通过详细研究已知的6颗磁陀星的个别脉冲来调查可能的磁陀星-FRB之间的联系。然后，他们使用位于德国巴特明斯特莱费尔的埃菲尔斯伯格望远镜（是地球上最大的全动态射电望远镜之一）详细研究了脉冲的亚结构。

埃菲尔斯伯格望远镜。图片来源：维基百科

令团队惊讶的是，快速旋转的毫秒脉冲星和自转型暂现射电源具有相似的脉冲结构。这使他们得出了磁陀星和其他形式的中子星之间存在脉冲结构与旋转周期之间的通用标度关系的结论，无论这些极端恒星是每隔几毫秒旋转一次还是大约100秒旋转一次。

团队成员、MPIfR的科学家郭刘（音译）在声明中说：“我们推测，磁陀星的能量来源是磁场能量，而其他中子星则是通过它们的旋转能量驱动的。有些中子星非常古老，有些则非常年轻，但似乎都遵循这一规律。”

也就是说，所有这些发射射电波的中子星的行为都和磁陀星的一样，这表明亚脉冲结构的内在起源对于任何发射射电波的中子星来说是相同的。

该团队的成员、焦德雷班克天体物理学中心的研究员本·萨班在声明中说：“如果至少有一些FRBs源自磁陀星，那么爆发中的亚结构的时间尺度可能告诉我们它们背后的磁陀星的旋转周期，如果我们在数据中找到这种周期性，这将是解释这类作为射电源的FRB的一个里程碑。”

本次研究于2023年11月23日发表于《自然天文学》期刊。

罗伯特·里亚 是一名英国的科学新闻自由撰稿人，他在《物理世界》、《新科学家》、《天文杂志》、《关于太空的一切》、《新闻周刊》和《ZME科学》等刊物上发表过文章。他还为爱思唯尔（Elsevier）和《欧洲物理杂志》撰写有关科学传播的文章。罗布拥有英国开放大学*的物理和天文学学士学位。

*英国开放大学（The Open University，简称OU/英开）是一所公立研究型大学，总部座落在北伦敦，在英国各大城市均设有教学中心，是世界上第一所成功落实远程教育的大学。

责任编辑：郭皓存

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