天文學家剛剛解開了關于一顆罕見的快速旋轉中子星PSR J1023+0038 的長期謎團。利用美國國家航空航天局（ NASA）的IXPE望遠鏡和一系列天文臺，科學家們發現，該系統的強X射線并非像之前認為的那樣來自其發光的吸積盤，而是來自脈沖星自身拋出的混亂高速粒子風。這些發現挑戰了舊有的模型，揭示了脈沖星輻射背后單一而強大的機制。這極大地改變了我們對死亡恒星如何依然照亮宇宙的理解。

藝術家繪制的PSR J1023+0038雙星系統中心區域示意圖，包括脈沖星、內吸積盤和脈沖星風。圖片來源：Marco Maria Messa，米蘭大學/INAF-OAB；Maria Cristina Baglio，INAF-OAB

一個由全球天文學家組成的團隊在爆炸恒星的能量殘留物如何與周圍空間相互作用方面取得了重大發現。研究人員利用美國宇航局的IXPE（成像X射線偏振測量探測器）以及其他幾個天文臺，對這種動態宇宙行為獲得了新的見解。

這些來自美國、意大利和西班牙的科學家們，將研究重點放在了一個名為PSR J1023+0038（簡稱J1023）的神秘恒星系統上。該系統以一顆快速旋轉的中子星為特征，它從一顆較小的伴星吸收物質。結果，在中子星周圍形成了一個物質吸積盤。這顆中子星也充當脈沖星，在旋轉時從其磁極發射出強烈的輻射束，形成類似燈塔掃過太空的圖案。

J1023 之所以如此重要，是因為它能夠在兩個不同的階段之間切換。在一個階段，這顆脈沖星會主動吸收伴星的物質。在另一個階段，它會變得更加安靜，以無線電波的形式發出可探測的脈沖。由于這種行為，天文學家將其歸類為“過渡毫秒脈沖星”。

IXPE太空船在軌道上的藝術插圖，用于研究距離地球數光年的高能現象。圖片來源：NASA，已編輯

“過渡毫秒脈沖星是宇宙實驗室，幫助我們了解中子星在雙星系統中的演化方式，”意大利梅拉泰國家天體物理研究所（INAF）布雷拉天文臺的研究員瑪麗亞·克里斯蒂娜·巴格里奧（Maria Cristina Baglio）說道，她是《天體物理學雜志快報》上一篇闡述新發現的論文的主要作者。

科學家們對這個脈沖星系統最大的疑問是：X射線從何而來？答案將為粒子加速、吸積物理以及宇宙中中子星周圍環境等更廣泛的理論提供信息。

射線源令他們感到驚訝：X 射線來自脈沖星風，這是一團由氣體、沖擊波、磁場和接近光速加速的粒子組成的混亂混合物，撞擊吸積盤。

為了確定這一點，天文學家需要測量X射線和可見光的偏振角。偏振是衡量光波組織程度的指標。他們利用IXPE（唯一能夠在太空中進行此項測量的望遠鏡）觀測了X射線偏振，并將其與位于智利的歐洲南方天文臺 甚大望遠鏡的光學偏振進行了比較。IXPE于2021年12月發射升空，對脈沖星進行了多次觀測，但J1023是它探索的第一個此類系統。

美國宇航局的中子星內部成分探測器（NICER ）和尼爾·格雷爾斯雨燕天文臺 在高能光下對該系統提供了寶貴的觀測數據。其他貢獻數據的望遠鏡包括位于新墨西哥州馬格達萊納的卡爾·G·詹斯基甚大陣列。

結果是：科學家發現不同波長的偏振角相同。該研究的共同主要作者、西班牙巴塞羅那空間科學研究所的弗朗西斯科·科蒂·澤拉蒂說：“這一發現有力地證明，我們所觀察到的光是由單一、連貫的物理機制支撐的。”

研究人員表示，這種解釋挑戰了關于雙星系統中子星輻射的傳統觀點。先前的模型表明，X射線來自吸積盤，但這項新研究表明，它們源自脈沖星風。

脈沖星風作為主要能源引擎

“IXPE觀測到了許多孤立的脈沖星，并發現脈沖星風為X射線提供了能量，”NASA馬歇爾天體物理學家、阿拉巴馬州亨茨維爾NASA馬歇爾太空飛行中心IXPE首席研究員菲利普·卡雷特（Philip Kaaret）說道。“這些新的觀測表明，脈沖星風為該系統的大部分能量輸出提供了能量。”

天文學家仍在持續研究過渡型毫秒脈沖星，評估其觀測到的物理機制與其他脈沖星和脈沖星風星云的物理機制的比較。巴格里奧和科蒂·澤拉蒂一致認為，這些觀測結果將有助于完善描述脈沖星風如何產生輻射的理論模型，并使研究人員更接近于全面理解這些非凡宇宙系統中運作的物理機制。

編譯自/scitechdaily