中子星周圍環境是什麼樣？紅外輻射「脈衝星風星雲」？

哈勃太空望遠鏡從附近的一顆中子星上探測到一種不尋常的紅外輻射，這可能表明脈衝星具有以前從未見過的特徵。這項由賓夕法尼亞州立大學、土耳其薩班奇大學和亞利桑那大學的研究人員進行的觀測，可以幫助天文學家更好地了解中子星的演化過程。2018年9月17日發表在《天體物理學》上的一篇論文描述了這項研究以及對這一不尋常發現的兩種可能解釋。賓州州立大學(Penn State)天文學和天體物理學副教授貝蒂娜·波塞特(Bettina Posselt)是論文的主要作者。

中子星的紅外圖像(源在右側)，通過哈勃太空望遠鏡觀測得到的擴展紅外發射。藍色的圓圈表示脈衝星的x射線位置(由錢德拉x射線太空望遠鏡獲得)，十字表示脈衝星在紫外光(由哈勃太空望遠鏡測量)中的位置。圖片：Bettina Posselt, Penn State

博科園-科學科普：作者表示這顆中子星屬於附近一組七顆X射線脈衝星-綽號『偉大的七顆星』-它們的溫度比應該考慮的年齡和旋轉能量損失所提供的可用能量庫要熱得多。在這顆中子星周圍觀測到了一個擴展的紅外發射區域-名為RX J0806.4-4123-在脈衝星假定的距離上，它的總尺寸相當於約200個天文單位(即冥王星繞太陽軌道的2.5倍)。這是第一顆中子星，在這顆中子星中，只有紅外線才能看到長時間的發射。研究人員提出了兩種可能的解釋，可以解釋哈勃太空望遠鏡觀測到的紅外輻射。首先是脈衝星周圍有一個物質圓盤——可能主要是灰塵。

具有環脈衝星圓盤的中子星，如果從合適的角度觀察，圓盤內部的散射發射可以產生天文學家在中子星RX J0806.4-4123周圍觀察到的擴展紅外發射。圖片：Nahks Tr"Ehnl, Penn State

有一種理論認為，在超新星爆炸後，中子星周圍可能存在所謂的『備用盤』，裡面的物質會聚集在一起。這樣一個圓盤將由大質量恆星的起源物質組成。它隨後與中子星的相互作用可能使脈衝星升溫並減慢其自轉速度。如果被證實為超新星後備盤，這個結果可能會改變我們對中子星演化的一般理解。第二種可能的解釋是這個中子星發射出的紅外輻射是「脈衝星風星雲」。脈衝星風星雲需要中子星呈現出脈衝星風，當粒子在強磁場中子星快速旋轉產生的電場中加速時，就會產生脈衝星風。

中子星與脈衝星風星雲共同作用產生的脈衝星風和即將到來的星際介質。脈衝星風星雲可以解釋天文學家在中子星RX J0806.4-4123周圍觀測到的擴展紅外輻射。這樣一個只含紅外線的脈衝星風星雲是不尋常的，因為它意味著加速粒子的能量相當低。圖片：Nahks Tr"Ehnl, Penn State

當中子星以超過聲速的速度穿過星際介質時，在星際介質和脈衝星風相互作用的地方就會形成衝擊。受到衝擊的粒子會輻射同步加速器發射，造成我們看到的延伸的紅外發射。通常情況下，脈衝星風星雲是在x射線中看到的，而只有紅外脈衝星風星雲將是非常不尋常和令人興奮的。雖然中子星一般是在射電和高能發射(如x射線)中被研究，但這項研究表明，在紅外線中研究中子星也可以獲得新的有趣信息。利用將於2021年發射的NASA詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，天文學家們將能夠進一步探索這個新開放的紅外發現空間，以更好地理解中子星的演化。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《天體物理學》（Astrophysical Journal）｜研究/來自：賓夕法尼亞州立大學，DOI: 10.3847/1538-4357/aad6df

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