來自脈衝星的巨大無線電脈衝的能量比以前認為的高數百倍

一項由日本國立研究開發法人理化學研究所的首席科學家榎戸輝揚、台灣國立彰化師範大學胡欽評助教及其他成員組成的國際科學家團隊，使用國際太空站上美國太空總署的中子星內部成分探測器（Neutron star Interior Composition Explorer）X射線望遠鏡數據，發現伴隨蟹狀星雲脈衝星發出的射電脈衝引起的X射線激增。研究結果發現，這些稱為巨大的射電脈衝突發釋放出的能量比以前懷疑的要多得多。

脈衝星是一種快速旋轉的中子星，是一顆死亡後，體積壓縮到好像一個城市大小的恆星，它的核心爆炸為超新星。一顆年輕，獨立的中子星每秒可以旋轉數十次，它旋轉的磁場為無線電波，可見光，X射線和伽馬射線提供能量。如果這些光束掃過地球，天文學家會觀察到好像時鐘一樣的發射脈衝並將這種天體歸類為脈衝星。

榎戸輝揚說：「在已經分類的二千八百多顆脈衝星中，蟹狀星雲中心的脈衝星是少數發射巨大射電脈衝訊號的其中之一，這些射電脈衝是偶發地發生，並且比常規脈衝的強度高數百到數千倍。經過數十年的觀察，只有蟹狀星雲證明可以通過其它頻譜發射來增強它的巨大射電脈衝。」

蟹狀星雲及它的脈衝星位於金牛座，距離地球六千五百光年，是由一顆超新星形成，這顆超新星在1054年7月由中國及日本歷史紀錄。形成的中子星每秒旋轉三十次，它是其中一顆在X射線和射電波長最強的脈衝星。

在2017年8月至2019年8月之間，榎戸輝揚團隊使用中子星內部成分探測器在X射線中反復觀測蟹狀星雲的脈衝星，它的能量高達一萬電子伏特，是可見光的數千倍。在中子星內部成分探測器觀測同時，研究小組還使用日本的兩個地面射電望遠鏡中的至少一個對這顆天體進行研究，它們是鹿島太空技術中心的三十四米天線和日本宇宙航空研究開發機構臼田天文台的六十四米天線。兩個天線的工作頻率均為2GHz。

組合的數據集有效為研究人員提供將近1.5日X射線和射電同時出現範圍。他們收集了三百七十萬個脈衝星自轉訊號，並收到約二萬六千個巨大的射電脈衝。

中子星內部成分探測器檢測到的每條X射線的到達時間記錄在一百納秒內，但是望遠鏡的定時精度並不是這項研究的唯一優勢。

中子星內部成分探測器觀測明亮的X射線源的能力幾乎是脈衝星及星雲總和的四倍，因此，這些觀測結果在很大程度上不受疊加的影響（探測器將兩個或更多的X射線視為單個事件）以及其它使到早期分析變得複雜的問題。

榎戸輝揚的團隊將所有X射線數據與巨大的射電脈衝訊號相結合，顯示出與它們同步發生，大約4％的X射線增強。這與2003年發現的與這種現象相關的可見光上升3％非常相似。與蟹狀星雲的規則脈衝和巨型脈衝之間的強度差異相比，這些變化非常小，為理論模型的解釋提出挑戰。

這些增強顯示，巨大脈衝是潛在過程的體現，這些過程會產生從電磁波到無線電波到X射線的電磁波。而且，由於X射線會產生無數次無線電波衝擊，因此，即使是適度的增加也代表巨大的能量貢獻。研究人員得出的結論是，與一個大脈衝相關的總發射能量比以前僅從無線電和光學數據估計的能量高幾十到幾百倍。

【圖、文：節譯自美國太空總署網頁】研究全文刊登在2021年4月8日出版的《科學》期刊