在浩瀚的宇宙中，有一類非常神秘的天體——磁陀星（Magnetar），它擁有宇宙中最強(qiáng)的磁場，被認(rèn)為可能是“快速射電暴”（FRB）的源頭。

然而并非每一顆磁陀星都能觀測到強(qiáng)大的射電輻射，實(shí)際上大部分磁陀星的射電信號一直沒有被探測到。

中國科學(xué)院新疆天文臺（以下簡稱“新疆天文臺”）通過“中國天眼”FAST，對四顆磁陀星進(jìn)行了觀測，探究其與快速射電暴之間的關(guān)聯(lián)，以及磁陀星為何“安靜”的奧秘。

01

磁陀星：恒星演化的極端結(jié)局

磁陀星是恒星走完其生命歷程時(shí)，在其演化末期產(chǎn)生的一類致密星體。恒星有著不同的生命周期，質(zhì)量較大的恒星（>8 倍太陽質(zhì)量）在生命終結(jié)時(shí)，會(huì)經(jīng)歷劇烈的超新星爆發(fā)，留下致密的核心——中子星或黑洞。

其中有一類擁有超強(qiáng)磁場的年輕中子星，就是我們所說的磁陀星。這些強(qiáng)磁場能在短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大能量，導(dǎo)致劇烈的 X 射線和伽馬射線爆發(fā)，甚至可能產(chǎn)生快速射電暴（圖1）。

▲圖1 來自磁陀星磁層的快速射電暴（藝術(shù)圖）（圖片來源：中國科學(xué)院國家天文臺）

快速射電暴是一種持續(xù)時(shí)間僅有毫秒級的強(qiáng)烈射電爆發(fā)，其能量可與太陽一天的總能量釋放相當(dāng)。自2007年首次被發(fā)現(xiàn)以來，快速射電暴的來源一直是天文學(xué)的重大謎題之一。

此前，科學(xué)家在銀河系內(nèi)磁陀星SGR 1935+2154的方向上，觀測到了一例快速射電暴FRB 200428，這成為磁陀星與快速射電暴關(guān)聯(lián)的重要證據(jù)。

02

磁陀星為何“沉默不語”？

截至目前，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了30顆磁陀星，盡管它們在X射線和伽馬射線波段具有極為強(qiáng)烈的活動(dòng)，但只有6顆磁陀星被觀測到有射電活動(dòng)。

然而，磁陀星的射電輻射起源仍然不確定，它們的射電輻射可能不僅僅由其強(qiáng)大的磁場驅(qū)動(dòng)，還可能受到其自轉(zhuǎn)的影響。

新疆天文臺利用“中國天眼”FAST，對四顆磁陀星SGR 0501+4516、Swift J1834.9-0846、1E 1841-045、SGR 1900+14和一顆類磁陀星脈沖星PSR J1846–0258進(jìn)行了觀測，并對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了周期性脈沖搜索和單脈沖搜索。

雖然這些磁陀星在觀測期間，未探測到顯著周期性射電脈沖和射電爆發(fā)事件，但研究結(jié)果依據(jù)FAST的探測靈敏度，得到了它們的輻射強(qiáng)度上限，該上限顯著低于普通脈沖星（圖2）。

▲圖2 四顆磁陀星和一顆類磁陀星脈沖星在1.4GHz的流量上限與脈沖星的流量對比

科研人員認(rèn)為磁陀星的射電靜默現(xiàn)象可能是由多個(gè)因素共同作用造成。

一是，磁陀星的強(qiáng)磁場會(huì)抑制射電輻射的產(chǎn)生機(jī)制，從而部分甚至完全限制射電輻射的形成。

二是，磁陀星的射電輻射通常具有高度方向性，因此如果射電束沒有對準(zhǔn)地球，射電信號將無法被探測到。

三是，磁陀星周圍的高密度等離子體可能會(huì)吸收或散射射電波，使得信號的傳播更加困難。

四是，磁陀星的射電輻射可能是間歇性或短暫的，只有通過長期的高時(shí)間分辨率觀測才能捕捉到這些微弱的射電信號。

03

“天文利器”拓寬道路

揭示磁陀星射電靜默的可能原因，驅(qū)使科研人員利用更多更強(qiáng)大的觀測設(shè)備探究磁陀星的射電輻射以及它與快速射電暴之間的關(guān)系。

新疆天文臺即將建成的110米奇臺射電望遠(yuǎn)鏡（QTT），將成為世界最大的全向可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡，能夠覆蓋更廣闊的天區(qū)，特別是其能觀測到更南部的天區(qū)，使得它能夠觀測到更多的磁陀星。

來源：中國科學(xué)院新疆天文臺

責(zé)任編輯：曹旸