由于磁星輻射隨時(shí)間多變且不可預(yù)測，不同時(shí)段獲得的多頻率資料無法準(zhǔn)確揭示其輻射隨頻率變化的規(guī)律。不同頻率輻射來自不同高度的輻射區(qū)域，因而多頻同時(shí)的平均輪廓能以“立體”視角反映磁星的輻射信息。

在宇宙中，大多數(shù)天體保持相對“安靜”的狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)不會發(fā)生較大的變化。但有些天體卻“喜怒無常”，時(shí)常還會上演一出太空版“變臉”。

7月5日，上海天文臺官方網(wǎng)站發(fā)表文章稱，中國科學(xué)院上海天文臺天馬射電望遠(yuǎn)鏡團(tuán)組在對磁星Swift J1818.0-1607的觀測研究上又有了新的發(fā)現(xiàn)。

2020年3月12日，這顆磁星因X射線爆發(fā)被首次發(fā)現(xiàn)，隨后的觀測證實(shí)其具有持續(xù)的射電輻射，后續(xù)全球多臺大型射電望遠(yuǎn)鏡均將它列為重要觀測目標(biāo)。天馬望遠(yuǎn)鏡對該磁星進(jìn)行雙頻率(2.25GHz和8.60GHz)同時(shí)監(jiān)測研究，發(fā)現(xiàn)了該磁星鄰近時(shí)段的模式變換現(xiàn)象。所謂模式變換，即少數(shù)脈沖星類天體在兩個(gè)(及以上)亞穩(wěn)態(tài)輻射之間的快速“變臉”現(xiàn)象。

相關(guān)研究成果發(fā)表于《英國皇家天文學(xué)會月刊》。

少數(shù)脈沖星會“變臉”

“脈沖星可謂是‘千星千面’。通常情況下，每個(gè)脈沖星都有自己獨(dú)特的平均輪廓。但是有少數(shù)脈沖星會在兩個(gè)(或者以上)平均輪廓輻射狀態(tài)之間切換，也就是發(fā)生‘變臉’現(xiàn)象。”中國科學(xué)院上海天文臺副研究員閆振介紹道。

1967年，英國劍橋大學(xué)的貝爾和休伊什發(fā)現(xiàn)了一種特殊的天體，能夠發(fā)出周期性的電磁波脈沖信號，這就是脈沖星。

從發(fā)現(xiàn)脈沖星開始，科學(xué)家就注意到一個(gè)現(xiàn)象，盡管脈沖星“千星千面”，每個(gè)周期中的脈沖形狀千差萬別，但當(dāng)把成百上千個(gè)周期信號疊加在一起時(shí)，積累起來的脈沖輪廓就穩(wěn)定了下來，此后對其疊加再多的周期信號也不會改變這一平均輪廓，這一具有長期穩(wěn)定性的脈沖輪廓被喻為脈沖星的“臉”。

1970年，一顆位于后發(fā)座的脈沖星B1237+25，被發(fā)現(xiàn)其脈沖信號偶爾會出現(xiàn)突變，在一個(gè)模式上持續(xù)幾十到幾百周期后，再突然變成另一種模式，兩個(gè)模式的積累脈沖輪廓形狀差異明顯。自此，脈沖星“變臉”開始被天文學(xué)家所熟知。

那么，為什么脈沖星會發(fā)生“變臉”現(xiàn)象呢?

閆振說，目前脈沖星“變臉”的物理機(jī)制尚不清楚，有觀點(diǎn)認(rèn)為是脈沖星輻射區(qū)活躍成分輪換(輻射區(qū)域輪換、活躍和熄滅)產(chǎn)生“變臉”現(xiàn)象，也有觀點(diǎn)認(rèn)為是輻射區(qū)位置的移動(主要是沿著彎曲的磁力線運(yùn)動)等因素導(dǎo)致的。

閆振介紹說，脈沖星的“變臉”現(xiàn)象，樣本相對更多。這是因?yàn)槊}沖星的脈沖輪廓有一定規(guī)律性，就是在相對固定的幾個(gè)平均輪廓脈沖星的平均形狀之間切換，輻射更加穩(wěn)定，所以也更容易被發(fā)現(xiàn)。

但磁星的“變臉”現(xiàn)象，樣本相對較少。盡管磁星平均輪廓隨時(shí)間變化顯著(無規(guī)律)，但是能夠被認(rèn)證為擁有“變臉”現(xiàn)象的磁星樣本非常稀少，因?yàn)?ldquo;變臉”需要兩種(或以上)亞穩(wěn)態(tài)輻射的“來回”切換。所以，樣本數(shù)量的不足給進(jìn)一步研究帶來了客觀上的困難。

后續(xù)觀測或可揭示其中奧秘

此次天馬射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的磁星“變臉”現(xiàn)象，在表現(xiàn)出平均輪廓變化的同時(shí)，也有著非常強(qiáng)的流量強(qiáng)度調(diào)制(脈沖峰值高低的變化)。

閆振表示，能夠有此發(fā)現(xiàn)得益于上海天文臺僅用一臺望遠(yuǎn)鏡(天馬望遠(yuǎn)鏡)對該磁星實(shí)現(xiàn)了頻率覆蓋跨度高達(dá)6GHz的雙頻同時(shí)觀測(2.25GHz和8.60GHz)。

盡管國內(nèi)外已有研究者在多個(gè)頻率對該磁星進(jìn)行觀測，但多頻同時(shí)觀測的資料非常稀缺。由于磁星輻射隨時(shí)間多變且不可預(yù)測，因此不同時(shí)段獲得的多頻率資料無法準(zhǔn)確揭示其輻射隨頻率變化的規(guī)律。不同頻率輻射來自不同高度的輻射區(qū)域，因而多頻同時(shí)的平均輪廓能以“立體”視角反映磁星的輻射信息。

在此次研究中，研究人員正是通過對2.25GHz和8.60GHz雙頻率平均輪廓和平均流量隨時(shí)間變化的研究，發(fā)現(xiàn)磁星Swift J1818.0-1607在這兩個(gè)頻率的平均輪廓變化在絕大多數(shù)情況下并不同步，表明其輻射隨時(shí)間和頻率變化的復(fù)雜性，為檢驗(yàn)和發(fā)展磁星射電輻射模型提供了觀測資料。

目前，天馬望遠(yuǎn)鏡仍然在對磁星Swift J1818.0-1607進(jìn)行后續(xù)監(jiān)測，未來或可揭示這類天體的“變臉”奧秘。