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高精度混合波段探测仪立大功！帮助科学家们理解脉冲星的动力之谜
（图解：脉冲星系统PSR J1023+0038。由中心的脉冲星和周围的吸积盘构成。图源：Marco Maria Messa，米兰大学/意大利国家航空航天研究所；玛丽亚·克里斯蒂娜·巴格里奥，INAF-OAB。）
天文学家们发现，高速旋转的中子星，也就是脉冲星，所发射出的射线受到其强大的粒子风的影响，而与它从伴星上剥离下来的物质无关。
天文学家们所研究的是PSR J1023+0038（J1023）脉冲星，它坐落于距地球4500光年之外的一个双星系统中。这个双星系统包含一颗“死星”，即一颗每秒自转600周的中子星，以及一颗小质量恒星，作为中子星的“补给”。
像J1023这样高速自转的脉冲星被归类为“毫秒脉冲星”，但由于它在活跃阶段和非活跃阶段之间会发生明显的转变，在活跃阶段这颗星星会进行捕食，并由它的两极发射出射线，所以它又属于一种比较罕见的亚种——“过渡型毫秒脉冲星”。现在已知的此类脉冲星只有三颗，因此J1023对天文学家们来说也是十分珍贵的研究对象。
玛丽亚·克里斯蒂娜·巴格里奥是该团队的负责人、国家天体物理研究所（INAF）研究员，她在一次发言中说：“传统的毫秒脉冲星就像一座宇宙实验室，它们能够帮助我们理解双星系统中的中子星是如何演化的。而对于J1023，由于它在活跃阶段和冬眠态间的过渡态十分清晰，它表现得像一颗标准的脉冲星，发射出可测的电磁波，所以显得更加珍贵。”
中子星从它的伴星上剥离下来的物质并没有直接落在这颗死星的表面，相反，它们在中子星周围形成了扁平的云，也就是“吸积盘”。吸积盘在中子星周围涡旋，逐渐被中子星摄取，然后发射出强大的射线，这些射线的波段分布在电磁波谱的各处。
因此，这个团队可以使用NASA的成像X射线偏振探测器（IXPE）、位于智利北部的欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）和位于新墨西哥州的卡尔·G·扬斯基甚大阵列望远镜（VLA）来研究J1023，首次在电磁波谱的X射线、光学和无线电波段对这个双星X射线源进行了调查。
Baglio指出：“在观测时，这颗脉冲星正处于一个低亮度的活跃阶段，其X射线的强度在快速地变化。”
（图解：快速旋转的中子星（脉冲星）。图源：Robert Lea (created with Canva)/NASA）
通过在电磁波谱的三个波段上研究J1023，研究小组得以确定来自这颗脉冲星的辐射的偏振。偏振是指光波传播时的振动方向。
值得注意的是，根据IXPE的观测，来自J1023的X射线有12%是偏振化的。这是迄今为止所观测到双星系统的最高的极化程度。
而相对来说，在无线电波段和可见光波段的射线极化程度要低1%到2%。不过，关于可见光偏振最有意思的一点是，它的方向与X射线偏振角相同，这表明可见光和X射线的偏振背后有着共同的机制。
这一发现确认了一个早期的理论，该理论认为人们所观测到的类似J1023这样的双星系统的脉冲星辐射，是在高能带电粒子流形成的“脉冲星风”吹过死恒星，撞击其周围吸积盘中的物质时所产生的。
最终，得益于IXPE的高精确度，这项研究帮助科学家们理解脉冲星以什么为驱动力。
Alessandro Di Marco是该团队成员，也是INAF研究员，他说：“由于X射线流的强度很低，这项观测任务十分具有挑战性，但正是IXPE的精确性让我们得以从容地一次性从可见光探测到X射线偏振。对于利用多波段偏振观测仪验证理论场景这种绝妙的方法，这次研究极具代表性。”
该团队的研究于2025年7月1日发表在《天体物理学杂志快报》上。
BY:Robert Lea
FY:Stella Zhang（张姝铃）
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