《自然·天文学》：火山状破裂可能导致磁星减速

艺术家对磁星爆发的印象。图片来源：NASA戈达德太空飞行中心

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（作者：杰德·博伊德，莱斯大学）：2020年10月5日，距离地球约3万光年的一颗长死恒星的尸体快速旋转，改变了速度。在宇宙的瞬间，它的旋转速度减慢了。几天后，它突然开始发射无线电波。

由于专业轨道望远镜的及时测量，莱斯大学天体物理学家马修·巴林和同事们能够测试一种新的理论，即SGR 1935+2154（一种被称为磁星的高磁性中子星）罕见减速的可能原因。

在本月发表在《自然·天文学》上的一项研究中，Baring及其合著者使用了来自欧洲航天局X射线多镜任务（XMM Newton）和NASA中子星内部成分探测器（NICER）的X射线数据来分析磁星的自转。他们表明，突然减速可能是由于恒星表面的火山状破裂导致的，该破裂向太空中喷出了大量粒子的“风”。这项研究确定了这样的风会如何改变恒星的磁场、播种条件，这些条件可能会开启随后由中国500米口径球面望远镜（FAST）测量的无线电发射。

物理学和天文学教授巴林说：“人们推测中子星的表面可能与火山相当。”。“我们的发现表明，情况可能是这样的，在这种情况下，破裂最有可能发生在恒星的磁极处或附近。”

SGR 1935+2154和其他磁星是一种中子星，是一颗在强烈引力下坍塌的死恒星的紧凑残骸。磁星大约有十几英里宽，密度相当于原子核，每几秒钟旋转一次，磁场是宇宙中最强的磁场。

磁石发出强烈的辐射，包括X射线和偶尔的无线电波和伽马射线。天文学家可以从这些辐射中解读出许多关于不寻常恒星的信息。例如，通过计算X射线的脉冲，物理学家可以计算磁星的旋转周期，或者像地球在一天内那样计算一次完整旋转所需的时间。磁星的自转周期通常变化缓慢，需要数万年才能以每秒一圈的速度减慢。

巴林说，闪烁是旋转速度的突然增加，最常见的原因是恒星内部的突然移动。

他说：“在大多数小故障中，脉动周期变短，这意味着恒星的旋转速度比以前快了一点。”。“教科书上的解释是，随着时间的推移，恒星的外层磁化层会变慢，但内部未磁化的核心却不会变慢。这会导致这两个区域之间边界处的应力累积，而一个小故障则表明旋转能量从旋转速度较快的核心突然转移到旋转速度较慢的地壳。”

磁星的突然旋转减速是非常罕见的。天文学家只记录了三次“反故障”，包括2020年10月的事件。

虽然小故障通常可以通过恒星内部的变化来解释，但反小故障可能无法解释。Baring的理论基于这样一个假设，即它们是由恒星表面及其周围空间的变化引起的。在这篇新论文中，他和他的共同作者构建了一个火山驱动的风模型，以解释2020年10月反小故障的测量结果。

巴林表示，该模型仅使用标准物理，特别是角动量和能量守恒的变化来解释旋转减速。

他说：“几小时内从恒星发出的强烈、大质量的粒子风可能会为自转周期的下降创造条件。”。“我们的计算表明，这样的风也有能力改变中子星外磁场的几何结构。”

破裂可能是火山状的形成，因为“X射线脉动的一般性质可能要求风从地表的局部区域发射，”他说。

他说：“2020年10月的事件之所以与众不同，是因为在防故障发生几天后，磁星就出现了快速的无线电爆发，并且在此后不久就开启了短暂的脉冲无线电发射。”。“我们只看到了少数瞬态脉冲射电磁星，这是我们第一次看到磁星的无线电开关几乎与防故障同时打开。”

巴林认为，这一时间巧合表明，防故障和无线电发射是由同一事件引起的，他希望对火山活动模型的进一步研究能够提供更多的答案。

他说：“风的解释提供了一条理解无线电发射为何开启的途径。”。“它提供了我们以前从未有过的新见解。”