发现脉冲星转动如此缓慢天文学家甚至认为这是不可能的:每 76 秒一次

如今,天文学正在迅速发展,部分原因在于一个领域的进步怎样有助于另一个领域的进步。 例如,改进的光学、仪器和数据处理方法使天文学家能够将光学和红外的界限推向引力波 (GW) 天文学。 由于像 MeerKAT 射电望远镜 在南非,它将在不久的将来与澳大利亚的天文台一起创建 平方公里阵列 (SKA)。

特别是,射电天文学家正在使用下一代仪器来研究快速射电暴 (FRB) 和中子星等现象。 近日,由 曼彻斯特大学 发现了一个 奇怪的无线电发射中子星 具有强大的磁场(“磁星”)和 76 秒的极慢旋转周期。 这一发现可能对射电天文学产生重大影响,并暗示不同类型的中子星和快速射电暴之间可能存在联系。

该研究由曼彻斯特大学 Jodrell Bank 天体物理学中心的天体物理学家 Manisha Caleb、Ian Heywood 和 Benjamin Stappers 领导。 他们加入了来自 梅尔陷阱 (More Transients and Pulsars) group,一个国际财团,由 欧洲研究委员会 (ERC) 与 马普射电天文学研究所 (MPIfR) 和多个欧洲大学和研究机构。 描述他们发现的论文最近出现在 自然天文学.

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中子星是大质量恒星的极其致密的残余物,它们经历了引力坍缩并在超新星中脱落了它们的外层。 这些恒星通常具有非常快的自转,它们强大的磁场使它们发射出扫过天空的紧密辐射束(因此称为“磁星”)。 天文学家目前知道银河系中大约有 3,000 颗脉冲星,它们的脉冲时间被用作一种“天文灯塔”(或“宇宙灯塔”)。

在之前的所有案例中,都观察到磁星具有快速的自转周期。 但在这种情况下,该团队观察到似乎是“超长周期磁星”,这是一类具有极强磁场的理论中子星。 由于 MeerTRAP 仪器观测到的单个脉冲搭载了由 使用 meerKAT 进行动态和爆炸性无线电瞬变的 HUNt (ThunderKAT) 团队。

然后,两人一起进行了后续观察,确认了源的位置和脉冲的时间。 正如曼彻斯特大学前博士后研究员、悉尼大学现任天体物理学研究员 Manisha Caleb 博士所说:

“令人惊讶的是,我们仅在其旋转周期的 0.5% 内检测到来自该源的无线电发射。 这意味着无线电波束与地球相交是非常幸运的。 因此,银河系中可能还有更多这些非常缓慢旋转的源,这对中子星的诞生和年龄具有重要意义。

“大多数脉冲星调查不会搜索这么长的周期,因此我们不知道这些来源中可能有多少。 在这种情况下,光源足够亮,我们可以使用 MeerKAT 的 MeerTRAP 仪器检测到单个脉冲。”

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三种类型的中子星以及定义它们的特征。 图片来源:NASA/JPL-Caltech

“MeerKAT 提供的灵敏度,再加上 MeerTRAP 可以进行的复杂搜索以及同时拍摄天空图像的能力,使这一发现成为可能,”牛津大学高级研究员、海伍德博士补充道。参与这项研究的 ThunderKAT 团队。 “即便如此,也需要一只鹰眼才能识别出它可能是真正的来源,因为它看起来非常不寻常!”

新发现的中子星,命名为 PSR J0901-4046 (为了令人不快的 R音频 小号ource) 是一个特别有趣的天体,它显示了脉冲星、磁星甚至快速射电暴的特征。 与脉冲星一致的无线电发射表明了这一点——脉冲星也以更长的轨道周期而闻名。 相反,混沌的子脉冲分量和脉冲的极化与磁星一致。 除了是一种以前只被理论化的新型中子星之外,这一发现还发生在银河系的一个经过充分研究的部分。

无线电勘测通常不会搜索持续超过几十毫秒的中子星或脉冲周期(即毫秒脉冲星)。 曼彻斯特大学天体物理学教授兼 MeerTRAP 项目首席研究员 Ben Stappers 表示,这一发现可能意味着该地区有很多新的无线电调查机会:

“这颗中子星发出的无线电辐射不同于我们以前见过的任何一种。 我们可以看到它大约 300 毫秒,这比大多数其他发射中子星的射电要长得多。 似乎至少有 7 种不同的脉冲类型,其中一些显示出强烈的周期性结构,可以解释为中子星的地震振动。 这些脉冲可能让我们深入了解这些来源的发射机制的性质。”


考虑到这一发现的挑战性以及为此付出的合作努力,检测类似的来源可能很困难。 然而,这意味着可能有更多未被发现的长周期中子星等待被发现。 这一发现还提出了一类新的无线电瞬变——超长周期中子星——的可能性,这表明高磁化中子星、超长周期磁星和快速射电暴之间可能存在联系。

这些结果可能有助于解决导致快速射电暴的长期谜团,自 2007 年首次发现快速射电暴(洛里默暴)以来,天文学家一直对此感到困惑。 在源在自然界中重复出现的极少数情况下尤其如此。 虽然对这种高能现象的研究也取得了长足的进步,但天文学家仍然不确定是什么原因造成的——从旋转的中子星和黑洞到可能的外星传输都有解释!

延伸阅读: 曼彻斯特大学, 自然天文学