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慧眼衛星直接測量到宇宙迄今最強磁場

2020-09-07 高能物理研究所
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  硬X射線調制望遠鏡衛星(即慧眼衛星)團隊通過對X射線吸積脈沖星的詳細觀測,采用直接測量的方法得出其最強磁場,這是迄今爲止,人類直接且非常可靠地測量到的宇宙中的最強磁場。該結果于810日在國際期刊Astrophysical Journal Letters上發表。

  20178月,科研人員利用慧眼衛星對X射線吸積脈沖星GRO J100857的一次暴發活動進行了詳細觀測,首次在其X射線能譜中以高于20倍標准偏差的高置信度在90千電子伏特(keV)附近發現了一條回旋吸收線。根據理論推斷,該回旋吸收線對應的中子星表面磁場強度高達約10億特斯拉,比目前地球實驗室中能夠産生的幾十特斯拉的最強磁場高幾千萬倍。該項研究工作主要由中國科學院高能物理研究所與德國圖賓根大學合作完成。

  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其伴隨恒星組成,伴隨恒星的氣體在中子星的強引力作用下落向中子星,形成了圍繞中子星高速轉動的氣體盤,稱爲吸積盤。如果磁場較強,吸積盤上的等離子體將沿著磁力線落到中子星表面,並發出強烈的X射線輻射。由于中子星的轉動,X射線發射區隨之旋轉,形成周期性的X射線脈沖信號,因此這類天體也被稱爲“X射線吸積脈沖星”。大量观测发现,这一类天体在X射線輻射能譜上會出現“凹陷”結構,理論認爲這是電子在磁場中回旋共振散射造成的,因此被稱爲回旋吸收線,吸收線處的能量對應著磁場強度,利用該現象可以直接測量中子星表面附近的磁場強度。

  慧眼衛星承載高能X射線望遠鏡、中能X射線望遠鏡和低能X射線望遠鏡三種科學載荷和空間環境監測器,觀測能區爲1-250 keV。與國外的X射線衛星相比,慧眼衛星具有覆蓋能段寬、在高能X射線能段的有效面積大、時間分辨率高、探測死時間很小、觀測強源沒有光子堆積效應等突出優點,因此具有探測高能量的回旋吸收線的獨特能力。

  慧眼衛星是我國第一顆X射線天文衛星,最早于1993年由高能所李惕碚、吳枚等人提出,20176月发射升空。中科院高能所负责卫星有效载荷、地面应用系统和科學研究工作,航天科技集团公司五院为卫星总体单位,清华大学为卫星有效载荷和地面应用系统联合承研单位,参加慧眼卫星工程的还有中科院国家空间科学中心、北京师范大学等。

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吸積脈沖星藝術圖

慧眼衛星藝術圖

打印 責任編輯:任霄鵬

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