中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所葛明玉、盧方軍帶領(lǐng)的國(guó)際合作研究小組發(fā)現(xiàn)位于大麥哲倫星云星系中的脈沖星PSR B0540-69在自轉(zhuǎn)減速率突然增加之后的一年多時(shí)間里，其星風(fēng)云的X射線亮度逐漸增亮了相當(dāng)?shù)谋壤?。這是天文學(xué)家第一次觀測(cè)到脈沖星自轉(zhuǎn)狀態(tài)突變導(dǎo)致脈沖星風(fēng)云亮度變化的現(xiàn)象，為研究脈沖星自轉(zhuǎn)減速機(jī)制、脈沖星磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及脈沖星風(fēng)云的基本物理性質(zhì)提供了重要的觀測(cè)依據(jù)。相關(guān)結(jié)果于北京時(shí)間8月26日在《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy）在線發(fā)表。

　　脈沖星是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的強(qiáng)磁場(chǎng)中子星，是大質(zhì)量恒星壽命晚期發(fā)生超新星爆發(fā)的過(guò)程中形成的，其半徑只有10千米左右，而典型磁場(chǎng)約為一萬(wàn)億高斯，相當(dāng)于地球磁場(chǎng)的兩萬(wàn)億倍。根據(jù)脈沖星經(jīng)典輻射理論，高速自轉(zhuǎn)的脈沖星通過(guò)磁偶極輻射釋放能量，同時(shí)自轉(zhuǎn)減慢；但越來(lái)越多的理論家認(rèn)為，高速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生以接近光速向外運(yùn)動(dòng)的星風(fēng)，這是導(dǎo)致脈沖星自轉(zhuǎn)減慢的主要原因。脈沖星風(fēng)和周?chē)h(huán)境作用，會(huì)形成空間尺度為幾光年（地球到太陽(yáng)距離的十萬(wàn)倍左右）的脈沖星風(fēng)云（見(jiàn)圖1）。著名的蟹狀星云就是這樣一個(gè)脈沖星風(fēng)云。

　　2011年12月，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)脈沖星PSR B0540-69的自轉(zhuǎn)減速率突然增加了約36%，然后保持穩(wěn)定，這說(shuō)明其自轉(zhuǎn)能釋放功率也增加了36%。此前，在多顆脈沖星中也觀測(cè)到了這類(lèi)脈沖星自轉(zhuǎn)減速率突變的現(xiàn)象，它們同時(shí)伴隨著脈沖星脈沖輻射輪廓和流強(qiáng)的變化。由于脈沖輪廓和磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，因此這些自轉(zhuǎn)減速率突變被認(rèn)為是脈沖星磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化引起的；但是與那些脈沖星不同，PSR B0540-69在自轉(zhuǎn)減速率突變后，并沒(méi)有表現(xiàn)出X射線輻射特征（脈沖流強(qiáng)和輪廓）的顯著變化，其起因成了未解之謎。

　　通過(guò)分析多顆X射線天文衛(wèi)星對(duì)PSR B0540-69的觀測(cè)數(shù)據(jù)，葛明玉等人發(fā)現(xiàn)，在該脈沖星發(fā)生自轉(zhuǎn)減慢速率轉(zhuǎn)換之后，圍繞在其周?chē)拿}沖星風(fēng)云的亮度在約400天內(nèi)逐漸增加了32±8%，與該脈沖星自轉(zhuǎn)減速率的突變幅度相當(dāng)（見(jiàn)圖2）。對(duì)比分析PSR B0540-69脈沖輻射和星風(fēng)云輻射的特性，研究組認(rèn)為，導(dǎo)致脈沖星自轉(zhuǎn)減慢率突變的主要原因是脈沖星磁極區(qū)域的磁場(chǎng)升高。由于磁極區(qū)域磁場(chǎng)的變化和星風(fēng)的強(qiáng)度直接相關(guān)，但對(duì)X射線脈沖輻射區(qū)的影響不大，因此可以合理地解釋所有的觀測(cè)現(xiàn)象。

　　該工作首次在觀測(cè)上建立了從脈沖星自轉(zhuǎn)加速率突變，星風(fēng)增強(qiáng)到星風(fēng)云變亮的時(shí)間和邏輯關(guān)系，也證明星風(fēng)是導(dǎo)致該脈沖星自轉(zhuǎn)變慢的主要原因。星風(fēng)云增亮的時(shí)標(biāo)還表明星風(fēng)云中的磁場(chǎng)為約0.8毫高斯，這個(gè)直接測(cè)量值與之前在能量均分假設(shè)下推算的數(shù)值相當(dāng)。葛明玉為該研究論文的第一作者，盧方軍、葛明玉為論文聯(lián)合通訊作者。參加該研究的還有安徽建筑大學(xué)博士閆林麗，南京師范大學(xué)博士翁山杉，高能所研究員張雙南、博士王靈俊和研究生張偉，美國(guó)麻省大學(xué)教授王青德以及河北工程大學(xué)博士李子健。

　　該項(xiàng)目得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃大科學(xué)裝置專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)以及中國(guó)科學(xué)院-國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)空間科學(xué)聯(lián)合基金的支持。

　　圖1：脈沖星及脈沖星風(fēng)云系統(tǒng)的示意圖，中間的橙色部分代表脈沖星（僅為示意繪制，天體大小不反映實(shí)際比例）。（圖片來(lái)源：高能所）

　　圖2：PSR B0540-69及其星風(fēng)云的光度變化。（a）脈沖星和星風(fēng)云總的X光度變化，可以明顯看出脈沖星自轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生突變之后，X射線光度在逐漸增加并達(dá)到飽和；（b）PSR B0540-69脈沖輻射本身的光度一直保持不變；（c）脈沖星和星風(fēng)云總體的輻射能譜指數(shù)沒(méi)有明顯變化。圖中豎的虛線表示自轉(zhuǎn)狀態(tài)突變的時(shí)間。（圖片來(lái)源：高能所/Nature Astronomy）