欧洲南方天文台望远镜帮助解开脉冲星之谜

拓破天峙

这幅艺术家的作品展示了脉冲星PSR J1023+0038从它的伴星窃取气体。这种气体聚集在脉冲星周围的圆盘中，慢慢落向它，最终以狭窄的喷射流排出。此外，有一股粒子风从脉冲星中吹走，这里用一团非常小的点来表示。这种风与下落的气体发生碰撞，加热气体，使系统在X射线、紫外线和可见光下发出明亮的光。最终，热气体团沿着喷流被排出，脉冲星返回到初始的较暗状态，重复这个循环。据观察，这颗脉冲星每隔几秒或几分钟就会在这两种状态之间不停地转换。来源:ESO/M. Kornmesser

（）据ESO：通过一项引人注目的观测活动，包括地面和空间的12台望远镜，包括三个欧洲南方天文台(ESO)设施，天文学家揭示了脉冲星的奇怪行为，脉冲星是一种超高速旋转的死亡恒星。

众所周知，这个神秘的物体几乎不断地在两种亮度模式之间切换，这一直是个谜。但是天文学家现在发现，脉冲星在非常短的时间内突然喷出的物质是造成这种特殊转换的原因。

“我们目睹了非同寻常的宇宙事件，其中大量类似宇宙炮弹的物质在几十秒的短暂时间内从一个以令人难以置信的高速旋转的小而密集的天体发射到太空，”Maria Cristina Baglio说，她是纽约大学阿布扎比分校的研究员，隶属于意大利国家天体物理研究所(INAF)，是发表在《天文学与天体物理》杂志上的论文的第一作者。

脉冲星是一种快速旋转的磁性死星，向太空发射一束电磁辐射。随着它的旋转，这束光束扫过宇宙——就像灯塔光束扫描周围环境一样——当它与地球的视线相交时被天文学家探测到。这使得从我们的星球上看，这颗恒星的亮度似乎在脉动。

PSR J1023+0038，或简称J1023，是一种特殊类型的脉冲星，具有奇异的行为。它位于六芒星星座中，距离我们大约4500光年，围绕另一颗恒星运行。在过去的十年里，脉冲星一直在积极地从这颗伴星中分离物质，这些物质在脉冲星周围的圆盘中积累，并慢慢地向它坠落。

自从这个累积物质的过程开始，扫描光束几乎消失了，脉冲星开始不停地在两种模式之间切换。在“高”模式下，脉冲星发出明亮的X射线、紫外线和可见光，而在“低”模式下，这些频率的光线较暗，并发出更多的无线电波。脉冲星可以在每种模式下停留几秒钟或几分钟，然后在短短几秒钟内切换到另一种模式。这种转变至今令天文学家迷惑不解。

“我们前所未有的了解这颗脉冲星行为的观测活动涉及十几台尖端的地基和太空望远镜，”西班牙巴塞罗那空间科学研究所的研究员、论文的第一作者Francesco Coti Zelati说。

该活动包括欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)和探测可见光和近红外光的欧洲南方天文台新技术望远镜(NTT)，以及欧洲南方天文台作为合作伙伴的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)。在2021年6月的两个晚上，他们观察到该系统在高低模式之间进行了280多次切换。

“我们发现，模式转换源于脉冲星风、从脉冲星吹走的高能粒子流和流向脉冲星的物质之间复杂的相互作用，”同样隶属于INAF的科蒂·泽拉蒂说。

在低模式下，流向脉冲星的物质以垂直于圆盘的狭窄喷射流被排出。渐渐地，这种物质越来越靠近脉冲星，当这种情况发生时，它受到脉动恒星吹来的风的冲击，导致物质变热。该系统现在处于高模式，在X射线、紫外线和可见光下发出明亮的光。最终，这团热物质被脉冲星通过喷流带走。随着磁盘中热物质的减少，系统发光不那么亮，切换回低模式。

虽然这一发现揭开了J1023奇怪行为的神秘面纱，但天文学家仍然需要从研究这个独特的系统中学到很多东西，ESO的望远镜将继续帮助天文学家观察这颗奇特的脉冲星。特别是，目前正在智利建造的ESO超大型望远镜(ELT)将提供J1023开关机制的前所未有的视图。

“ELT将使我们能够获得关于脉冲星周围流入物质的丰度、分布、动力学和能量学如何受到模式转换行为影响的关键见解，”INAF布雷拉天文台的研究主任、该研究的合著者塞尔吉奥·坎帕纳总结道。