NASA的IXPE探测器追踪到一颗罕见脉冲星——并发现了一个意想不到的能量来源

来自美国、意大利和西班牙的科学家将目光投向了一个名为PSR J1023+0038（简称J1023）的神秘宇宙双星系统。J1023系统由一颗快速旋转的中子星及其低质量伴星组成，中子星正从伴星吸取物质，在其周围形成了吸积盘。这颗中子星也是一颗脉冲星，在旋转时从其相对的磁极发射出强大的双光束，如同灯塔信标般旋转。

J1023系统稀有且具有重要研究价值，因为该脉冲星在其活跃状态（吸积伴星物质）和较休眠状态（发射可探测的射电波脉冲）之间清晰转换。这使其成为一颗"过渡毫秒脉冲星"。

"过渡毫秒脉冲星是宇宙实验室，帮助我们理解中子星在双星系统中的演化过程，"意大利梅拉泰的意大利国家天体物理研究所（INAF）布雷拉天文台研究员、阐述新发现的《天体物理学杂志通讯》论文主要作者玛丽亚·克里斯蒂娜·巴利奥表示。

科学家们对该脉冲星系统的核心疑问是：X射线源自何处？答案将深化关于粒子加速、吸积物理学及全宇宙中子星周围环境的广义理论。

辐射源令他们惊讶：X射线源自脉冲星风——一种由气体、激波、磁场和近光速加速粒子组成的混沌混合物——撞击吸积盘时产生。

为验证此结论，天文学家需测量X射线和可见光的偏振角。偏振是衡量光波有序性的指标。他们使用目前唯一能在太空进行该测量的望远镜IXPE观测X射线偏振，并与智利欧洲南方天文台甚大望远镜的光学偏振数据进行比对。IXPE于2021年12月发射，已对多个脉冲星进行观测，但J1023是其探索的首个此类系统。

美国宇航局的NICER（中子星内部成分探测器）和尼尔·格雷尔斯雨燕天文台提供了该系统在高能光波段的重要观测数据。其他贡献数据的望远镜包括位于新墨西哥州马格达莱纳的卡尔·G·央斯基甚大阵列。

研究结果：科学家发现不同波长下的偏振角完全一致。

"该发现是强有力的证据，表明我们观测到的光由单一、连贯的物理机制支撑，"研究成果的共同主要作者、西班牙巴塞罗那空间科学研究所的弗朗切斯科·科蒂·泽拉蒂表示。

研究人员指出，这一发现挑战了关于双星系统中子星辐射的传统认知。先前模型认为X射线源自吸积盘，但新研究表明其源于脉冲星风。

"IXPE已观测过许多孤立脉冲星，发现X射线由脉冲星风提供能量，"美国宇航局马歇尔太空飞行中心（阿拉巴马州亨茨维尔）IXPE首席研究员、天体物理学家菲利普·卡雷特表示，"这些新观测表明，该系统的绝大部分能量输出由脉冲星风驱动。"

天文学家持续研究过渡毫秒脉冲星，评估其物理机制与其他脉冲星及脉冲星风云的异同。巴利奥和科蒂·泽拉蒂一致认为，这些观测的洞见有助于完善描述脉冲星风产生辐射的理论模型，使研究者更接近完全理解这些非凡宇宙系统中的运行物理机制。

关于IXPE的更多信息

IXPE是NASA与意大利航天局的联合任务，拥有12个国家的合作伙伴和科学协作机构，持续提供前所未有的数据，推动关于宇宙天体的突破性发现。IXPE由位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心领导。总部位于弗吉尼亚州福尔斯彻奇的BAE系统公司与科罗拉多大学博尔德分校的大气与空间物理实验室共同管理航天器运行。