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给星空戴一副眼镜,让隐藏天体显形?科学团队发现最亮的脉冲星

5月3日,《自然》新闻发布了一条消息:经过天文学家们的证实,一个曾经被认为是遥远星系的天体,实际上是有史以来最亮的星系外脉冲星

什么是脉冲星?

简单地说,所谓脉冲星是会旋转的中子星,但并非旋转的中子星都是脉冲星,因为绝大多数(几乎所有)中子星都会旋转。

中子星有一个很显著特征,就是会从星体磁极释放出强大的辐射,而磁极与脉冲星的自转轴不重合,会隔一段距离,这样中子星转一圈,电磁辐射就像灯塔一样扫过太空一圈,当这个辐射脉冲扫射到地球时,被地球射电望远镜所捕捉,人们就发现了一颗新的脉冲星。

因此准确地说,脉冲星是会旋转的中子星,其磁极能量辐射扫过了地球,就成为了中子星。因为中子星都很小,一般半径在10千米左右,因此如果没有这种脉冲辐射,是很难发现的。

脉冲星的自转速度极快,人类在1967年发现了第一颗脉冲星,每两个脉冲时间间隔仅为1.337秒,这也说明这颗脉冲星是每1.337秒转一圈;现在世界上发现的所有脉冲星,脉冲间隔时间最长的也只有11.765735秒,最短的只有0.0014秒。

脉冲星的脉冲就像人的脉搏或钟表,一下一下不断重复出现,非常精准且周期非常稳定。最开始人们对这种现象迷惑不解,曾经被认为是外星人向我们发送信号,因此第一颗脉冲星曾被叫作“小绿人一号”。

后来经过科学家们努力观测和分析,才确定了这是旋转的中子星。脉冲星在宇宙中广泛存在,现在全世界累计已经发现了3000余颗,我国建设在贵州的“中国天眼”(500 米口径球面射电望远镜)其中的任务之一,就是寻找中子星,现在已经找到了500多颗。

神奇的脉冲星“眼镜

新近发现的这颗脉冲星比较特殊,它坐落在距离我们16.3万光年的大麦哲伦星系中。这是一个矮星系,就是比较小的星系,受银河系引力牵制,因此是银河系的卫星星系,有恒星约100亿颗,而且其中有许多超大恒星,如迄今发现的最大质量恒星r136a1就是在这个星系里。

由于这颗脉冲星脉冲的宽广和明亮前所未有,其亮度至少是银河系外其他脉冲星的10倍,与典型脉冲星脉冲轮廓完全不符,因此一直以来没有人把它当作是脉冲星,而是被认为是一个距离遥远的星系。

因为太空中有太多的恒星和星系,星系核心也会发出强大的辐射脉冲。这颗脉冲星隐藏在密密麻麻的星空中,发出的脉冲信号远远超出过去发现的脉冲星,就被研究者所忽略。

首先怀疑并证实这是一颗脉冲星的,是澳大利亚联邦科学与工业研究组织的天体物理学家Yuanming Wang和他的国际团队,他们采用澳大利亚平方公里阵列探路者望远镜,从“变量和慢瞬变”调查的数据中发现端倪,加上对一些其他无线电波源研究,就高度怀疑这个射电源不是星系,而是一颗中子星。

最终确定这颗脉冲星的方法,是给太空戴上了一幅“眼镜”,这并非是我们平时认知的那种眼镜,而是一套计算机程序。这套程序是根据脉冲星辐射与其他天体辐射的差别,屏蔽掉那些非脉冲星特点的光,就像滤布把其他的杂光都过滤掉了一样,脉冲星就从一片光芒中脱颖而出。

脉冲星辐射通常是高偏振的,其中一些以圆形方式振荡,很少有其他天体像这样偏振,这套程序就是只让具有圆偏振波长的光通过。结果发现,这是迄今发现的史上最亮的一颗银河系外脉冲星,其脉冲的宽度是大麦哲伦星系中其他已知脉冲星的2倍多,亮度是已发现脉冲星的10倍以上。

从上面图片我们可以看出,用上这个程序,就像戴上了一幅偏振光眼镜,漫天的星光突然消失了,这颗脉冲星就从“滥竽充数”的漫天光芒中“原形毕露”。

这套“眼镜”技术有广阔的运用前景

这颗有史以来最亮脉冲星被命名为PSR J0523-7125,这项研究成果于2022年5月5日发表在世界著名的《天体物理学杂志》上。世界上其他的一些望远镜,如南非的MeerKAT射电望远镜,也证实了他们的发现。

而在这项成果中,科学家们最感兴趣的是这套发现中子星的“眼镜”技术。

论文的合著者,澳大利亚悉尼大学射电天文学家Tara Murphy说:这颗脉冲星尽管非常亮,但由于其不同寻常的性质而被研究所忽略;这是我们第一次以系统方式寻找脉冲星的极化,我们期待着利用这项技术发现更多的脉冲星。

美国射电天文学家Yvette Cendes表示,脉冲星是一种瞬变天体,偏振数据有助于缩小物体的来源,也表明这项技术有可能在未来识别其他瞬变。

相信这幅“眼镜”技术会不断成熟,给未来天文观测带来更多有益的探索和启示,运用这项技术,至少对脉冲星的发现会更快更多更精确。如果我们天眼也用上这套技术,相信会更快发现更多的脉冲星。

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