中國慧眼衛星刷新直接測量宇宙最強磁場記錄

一項中國科學院高能物理研究所孔令達博士、張澍研究員、張雙南研究員與德國圖賓根大學（Eberhard Karls Universität in Tübingen）合作的研究團隊，利用中國慧眼衛星，最近在編號 Swift J0243.6+6124 的中子星X射線雙星，發現能量高達146千電子伏（keV）的迴旋吸收線，對應超過16億特斯拉（T = tesla，是國際單位制中磁感應強度單位）的中子星表面磁場。 這是繼2020年直接測量到約10億特斯拉的宇宙最強磁場之後，慧眼衛星再次大幅度刷新最高能量迴旋吸收線和宇宙最強磁場直接測量的世界記錄。

中子星是宇宙中具有最強磁場的天體，中子星X射線雙星系統由中子星與伴隨恆星組成，伴星的氣體在中子星的強重力作用下落向中子星，形成圍繞中子星高速轉動的氣體盤，稱為吸積盤。 吸積盤上的物質會沿著中子星的磁力線落到中子星表面，發出強烈的X射線輻射，該輻射隨著中子星的轉動，形成周期性的X射線脈衝訊號，因此這類天體也稱為「X射線吸積脈衝星」。

觀測發現，這一類天體在X射線輻射能譜上會出現凹陷結構，這是X射線光子在磁場中迴旋運動的電子共振散射吸收造成的，稱為迴旋吸收線。迴旋吸收線處的能量對應的磁場強度就是中子星表面的磁場強度，這是目前直接測量中子星表面附近磁場強度的唯一方法。

超亮X射線脈衝星是X射線光度具有超常亮度的特殊X射線吸積脈衝星，以前在銀河系以外的多個星系裡發現，天文學家推測脈衝星的磁場強度很高，但並沒有直接測量證據。

慧眼衛星對銀河系內第一顆超亮X射線脈衝星 Swift J0243.6+6124 的爆發進行詳盡的寬能量段觀測，此次在它的能量譜上以極高的顯著性（大約10倍標準偏差）發現能量高達146千電子伏的迴旋吸收線，對應超過16億特斯拉的中子星表面磁場。這不僅是迄今宇宙天體磁場直接測量的最高記錄，而且也首次在超亮X射線源中直接測量中子星表面磁場。

慧眼衛星團隊指出，今次直接測量到 Swift J0243.6+6124 的表面磁場強度，比通過間接方法給出的偶極磁場強度高大約十倍，顯示對應於中子星表面附近的多極磁場。這是首次從觀測上直接證明，中子星除兩極對稱的偶極磁場外，還確具有更加複雜的非對稱磁場結構。

慧眼衛星是中國第一顆X射線天文衛星，2020年在編號 GRO J1008-57 的中子星中探測到90千電子伏的迴旋吸收線，對應10億特斯拉的中子星表面磁場，是當時宇宙磁場直接測量的世界記錄。 隨後，慧眼團隊還在另外一個中子星（1A0535+262）的能量譜上探測到約100千電子伏的迴旋吸收線。

【圖：中國科學院高能物理研究所；文：節錄自科學網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2022年6月22日在線出版的《天體物理學快報》；標題是：Insight-HXMT Discovery of the Highest-energy CRSF from the First Galactic Ultraluminous X-Ray Pulsar Swift J0243.6+6124

Swift = Neil Gehrels Swift Observatory gamma-ray bursts = 雨燕伽馬射線暴星表
「雨燕」這個名稱不是與任務相關的首字母縮寫，而是引用對儀器快速迴轉能力的同名敏捷鳥「雨燕」

GRO = Gramma Ray Object = 伽馬射線天體星表