基於“中國天眼”FAST的觀測,我國天文學家首次找到了脈衝星三維速度與自轉軸共線的證據。這一重要發現標誌着天文學家開始利用FAST深度研究脈衝星。相關論文於2021年5月6日發表在國際學術期刊《自然·天文》雜誌。

大質量恆星死亡時,會以超新星爆炸爲自己舉行“葬禮”,在這一過程中會催生出一類中子星——脈衝星。中子星的起源包含了極其複雜的物理機制,當前人類用計算機所進行的超新星模擬,無法產生速度和自轉軸共線的中子星,這說明人類對於中子星起源的認識還需進一步加深。

比起自己的“前身”恆星,年輕的脈衝星具有更高的運動速度和更快的自轉。經過幾十年的研究,科學家們發現一些年輕脈衝星的速度和自轉軸普遍存在共線的關係。但由於年輕脈衝星徑向速度測量非常困難,在以往的研究中對脈衝星速度和自轉軸方向的比較停留在垂直於視線方向的二維平面上。

▲超新星遺蹟S147及脈衝星J0538+2817運動(velocity)和自旋(spin)方向示意圖(製圖:中國搜索黃琨、國家天文臺王培)

基於FAST對處於超新星遺蹟S147中脈衝星J0538+2817的觀測,中國科學院國家天文臺研究員李菂、朱煒瑋團組的姚菊枚博士等人首次用閃爍分析的方法,獲得該脈衝星在超新星遺蹟S147中徑向位置和速度,並結合已有切向速度測量獲得了三維速度。同時,高精度偏振數據分析給出了三維自轉軸的朝向。研究給出的三維速度和自轉軸矢量在單位球面上的分佈顯示,在68%的致信區間內,這兩個矢量的夾角小於23度。

▲J0538+2817的速度和自轉軸在單位球面上的分佈,其中紅色和灰色表示的是速度的2-sigma的分佈,深綠色和淺綠色表示FAST偏振給出的自轉軸2-sigma的分佈,藍色和黃色表示X-ray觀測給出的自轉軸2-sigma的分佈(該項目研究組提供)

FAST是目前世界上靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡。此項工作是綜合並全面分析FAST脈衝星數據的代表性成果。在科學委員會、時間分配委員會和FAST運行中心的支持下,這一方向的系統測量正在逐步展開,有望深度揭示中子自旋的起源。

作者:許琦敏

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