脉冲星与气体环的深度撞击

脉冲星是一颗坍缩恒星高速自转的核心，这颗恒星曾经拥有10到25倍的太阳质量。致密的核心将一倍太阳质量的物质压缩到一个直径约20千米的小球之中。这次观测的脉冲星名叫PSR B1259-63，是一颗射电脉冲星，也就是说在大部分时间里，它只会发出射电波。这颗脉冲星与一颗普通恒星构成的双星系统大致位于南十字座方向，距离地球大约5000光年。脉冲星星风由被抛离脉冲星的物质所构成。这种星风的能量有多高，它们究竟是质子还是电子构成的，这些问题目前还处于争论之中。切尼亚科娃的小组做出的发现虽然惊人，但仍然巧妙地与最近的其他观测联系了起来。研究小组观测到PSR B1259-63围绕着一颗Be型恒星SS 2883旋转，后者比较明亮，可以被业余爱好者们观测到。Be型恒星是指拥有某种特定光谱类型的恒星，它们的质量通常是太阳的几倍，并且以惊人的速度自转。它们的自转非常迅速，以至于它们的赤道区域会向外鼓起，它们本身会变成一个扁平的球体。气体不断地从这样一颗恒星上被甩出去，形成了一个围绕着恒星的赤道气体环，看起来大概就像土星和它的光环。脉冲星在一条周期为3.4年的椭圆轨道上运行，每公转一圈都会两次穿越Be型恒星的气体环；但是这两次穿越仅间隔几个月，刚好处在“近星点”的前后。正是在这种穿越过程中，X射线和伽玛射线被发射出来，其中的X射线被XMM-牛顿卫星探测到。脉冲星围绕着恒星旋转，在经过近星点的前后，会两次穿越恒星的气体环，X射线和伽玛射线就会被释放出来。这种穿越就像是“深度撞击”一样，为脉冲星星风之谜的解决带来了希望。 Credits: ESA “在3.4年公转周期的大多数时间内，两个源在X射线波段中都是相当暗淡的，不可能分辨出脉冲星星风的性质，”合作者安德烈·纳罗诺夫（Andrii Neronov）说。“当这两个天体相互靠近时，火花就开始飞溅了。” HESS是在纳米比亚新建成的伽玛射线望远镜。去年，使用HESS望远镜的科学家们宣布，同一颗脉冲星的伽玛射线辐射在经过近星点时出现了一个亮度最小值，而在近星点前后出现了两个亮度极大值。这种令人困惑的结果刚好与科学家的预期相反。 XMM-牛顿的新数据也是在HESS观测的同一时刻采集到的。XMM-牛顿的观测证明，亮度极大值是在脉冲星穿越Be型恒星的气体环时产生的，从而支持了HESS的观测。将这两组观测数据与上一次经过近星点时的射电观测相结合，科学家们现在拥有了这个系统的一幅完整的图像。通过对X射线和伽玛射线亮度变化的连续监测，科学家们可以得出这样的结论：观测到的X射线辐射，是由能量级别为10-100 MeV的电子星风所产生。（1 MeV是一百万电子伏特。）尽管10-100 MeV算是高能了，但它还是比预期的能量级别低了大约1000倍。更令人困惑的是能量在几个TeV的伽玛射线辐射，尽管可以肯定它们是由10-100 TeV的电子星风所发出的，但它们产生的方式似乎与之前的想法有点出入。（1 TeV是十亿电子伏特。） “目前唯一可以明确的是，要想理解脉冲星星风，我们就要盯紧这个脉冲星系统，”切尼亚科娃说。“我们还从未如此精细地看见过脉冲星星风。我们现在正在继续从事理论模型的研究。关于这个有趣的系统从射电波段到TeV级伽玛射线波段的行为，我们有一些不错的想法，但这些还处于‘构建之中’。” 这个研究小组将在一篇发表在《皇家天文学会月刊（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）》的论文中讨论这些结果。
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