磁星悄然登場(chǎng)

戴銘玨

在宇宙天體家族中，說起誰最“厲害”，那么非黑洞莫屬。它有著強(qiáng)大的引力，可以把任何身邊的物質(zhì)都搶奪過來，收歸自己所有。它的物理性質(zhì)，每一項(xiàng)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的認(rèn)知。若是問起誰是“厲害”程度僅次于黑洞的天體，人們似乎還摸不著頭腦，但會(huì)想到密度這個(gè)問題，黑洞無限大的引力就是因?yàn)樗兄鵁o限大的密度。從這個(gè)角度看，密度次之的中子星應(yīng)該是第二“厲害”的天體。

但這樣的答案并不完全對(duì)。因?yàn)橹凶有且膊皇侵挥泻?jiǎn)單的一種，它也有一個(gè)家族。在這個(gè)家族中，還存在著脈沖星和磁星。磁星是中子星家族中極為特殊的角色，它才是宇宙中僅次于黑洞的“厲害”家伙。

磁星的密度極高，巨大的引力讓它自身的原子都受到擠壓，原子核外側(cè)的電子和原子核內(nèi)部的質(zhì)子擠壓在一起成為中子，所以磁星完全由中子組成，它是中子星家族的一員。雖然磁星的直徑大小只有20多千米，但要論起質(zhì)量，它可不是小家伙，任何一顆磁星的質(zhì)量都能達(dá)到地球的百萬倍，地球的質(zhì)量在它面前實(shí)在是不值一提。既然被稱為磁星，就不能辜負(fù)這個(gè)名字。磁星其特征是擁有非常強(qiáng)大的磁場(chǎng)，比一般的中子星磁場(chǎng)要強(qiáng)1000多倍，這讓人類現(xiàn)有的技術(shù)都望塵莫及。

CHIME 加拿大氫強(qiáng)度映射實(shí)驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡

中國(guó)天眼FAST 射電望遠(yuǎn)鏡

既然同為厲害的家伙，黑洞和磁星就會(huì)擁有很多共同的特性。比如，宇宙中最激烈的行為是兩個(gè)天體撞擊，撞擊可能產(chǎn)生黑洞，也可能產(chǎn)生磁星。宇宙中某處發(fā)射出最強(qiáng)的伽馬射線，不要總認(rèn)為是黑洞在作怪，也可能是磁星在作怪。

神秘的快速射電暴

最初，人們并未意識(shí)到中子星的存在。20世紀(jì)60年代中子星被發(fā)現(xiàn)之后，人們也并未意識(shí)到磁星的存在。在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的道路上充滿了坎坷，也充滿著傳奇。磁星是隨著快速射電暴的發(fā)現(xiàn)才進(jìn)入科學(xué)家的視野的。

2007年，澳大利亞帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡首先觀測(cè)到宇宙出現(xiàn)一種射電爆發(fā)，也就是天空中的一個(gè)點(diǎn)，突然發(fā)出猛烈的射電波，這種電波僅僅持續(xù)幾毫秒的短暫時(shí)間，即使是長(zhǎng)爆發(fā)，也只能維持2秒多鐘。這種信號(hào)后來被稱為“快速射電暴（FRB）”。

快速射電暴現(xiàn)象就像是宇宙深處存在一個(gè)神秘槍手，僅僅射出一束子彈，然后便悄無聲息，再也沒有動(dòng)靜。這個(gè)槍手是誰？它是在什么地方射出子彈的？我們對(duì)它的一切都渾然不知。隨著觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了重復(fù)的快速射電暴，但他們還是搞不清究竟是誰在向外界“射擊”。他們還發(fā)現(xiàn)，這些奇怪的射電暴基本上都來自銀河系之外，似乎有誰在銀河系之外對(duì)地球“開槍”。

快速射電暴的出現(xiàn)僅有十幾年的歷史，已經(jīng)被一次又一次的觀測(cè)驗(yàn)證。它一出現(xiàn)就引起世人廣泛的關(guān)注，大大小小的射電望遠(yuǎn)鏡都在努力尋找它的蹤跡。為了彌補(bǔ)一般射電望遠(yuǎn)鏡能力的不足，加拿大還專門制作了一種奇怪的射電望遠(yuǎn)鏡，名為“氫強(qiáng)度映射實(shí)驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡”，也就是“CHIME射電望遠(yuǎn)鏡”。它就像是拋物面槽那樣，與大量的觀測(cè)設(shè)備一起，尋找快速射電暴，并取得了很多優(yōu)異的成果。

脈沖星

中子星合并爆炸

好厲害的磁星

快速射電暴剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)，人們?cè)噲D解釋它的來源。他們首先從地球上尋找原因，認(rèn)為它是微波爐啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的干擾，或是附近的汽車啟動(dòng)造成的。但這兩種說法都被否決了。之后，人們終于相信它確實(shí)是來自太空，便開始懷疑這是外星人向地球發(fā)出的信號(hào)。也有人認(rèn)為，這是外星文明驅(qū)動(dòng)飛船時(shí)，利用激光驅(qū)動(dòng)光帆時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象。而一些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)家一致認(rèn)為，快速射電暴一定跟中子星有關(guān)。

中子星家族里有一種能夠高速旋轉(zhuǎn)的成員，在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候能夠從兩極發(fā)射出射電波。射電波有不同類型，按照頻率由低至高依次排列的話，是無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及伽瑪射線。中子星家族的這位高速旋轉(zhuǎn)的成員很少能發(fā)射伽馬射線，多數(shù)情況下能發(fā)射出無線電波和微波，它被稱為“脈沖星”。但是，脈沖星的發(fā)射是有規(guī)律的，不會(huì)突然發(fā)射一陣子就結(jié)束了。

科學(xué)家也想到了磁星，但這也存在一些問題。一般的觀測(cè)資料表明，磁星雖然也能發(fā)出射電輻射，但是它的射電輻射量太低了，與快速射電暴相比，差了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，根本不屬于同一個(gè)層次。但隨著觀測(cè)技術(shù)的更新，人們的認(rèn)識(shí)也在發(fā)生改變。

2020年3月12日，美國(guó)宇航局探測(cè)到了一個(gè)快速射電暴，并且還找到了它爆發(fā)的源頭。這個(gè)發(fā)射者被稱作“Swift J1818.0-1607”，它就是一顆年輕的磁星，它發(fā)出的是X射線，而且強(qiáng)度是一般射電暴的10倍之多?？磥?，磁星也能發(fā)出高能量的射電暴，快速射電暴的源頭應(yīng)該就是磁星。

好消息接踵而至。2020年4月28日，加拿大的CHIME望遠(yuǎn)鏡和美國(guó)的STARE2望遠(yuǎn)鏡，都探測(cè)到了來自天空中同一區(qū)域的一個(gè)快速射電暴信號(hào)。細(xì)查之后，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)處于這個(gè)位置的居然是磁星SGR 1935+2154。天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，它不僅發(fā)射正常的X射線，而且還發(fā)射無線電波。這次射電暴的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了磁星一般的能量水平，這使得科學(xué)家開始相信，快速射電暴真的是磁星所為，磁星就是隱藏著的“宇宙槍手”。

同樣觀測(cè)天空的還有中國(guó)500米口徑球面射電天文望遠(yuǎn)鏡（“中國(guó)天眼”）。這個(gè)世界上最大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡也取得了不小的成績(jī)，它不僅觀測(cè)到了一個(gè)名為“FRB 180301”的目標(biāo)多次發(fā)生的快速射電暴，而且還獲取了快速射電暴的多種特征數(shù)據(jù)。

起初，科學(xué)家是為了尋找宇宙中的神秘“槍手”，最后竟然發(fā)現(xiàn)了宇宙中僅次于黑洞的厲害角色——磁星。磁星的磁場(chǎng)比一般中子星的磁場(chǎng)高上千倍。它在誕生時(shí)，可以產(chǎn)生大規(guī)模的能量爆發(fā)。宇宙中出現(xiàn)一次性的快速射電暴，可能就預(yù)示著磁星的誕生。磁場(chǎng)將密度極高的星球緊緊包圍，可能會(huì)導(dǎo)致星球上地殼的斷裂，而斷裂會(huì)產(chǎn)生巨大的能量輸出，這就是磁星上的地震。短期內(nèi)不斷重復(fù)的射電暴，可能就是磁星的余震。

2020年11月，世界頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》同期發(fā)表了3篇論文，詳細(xì)地從多個(gè)方面報(bào)告了加拿大CHIME望遠(yuǎn)鏡、美國(guó)STARE2望遠(yuǎn)鏡和“中國(guó)天眼”的發(fā)現(xiàn)，對(duì)以往的認(rèn)識(shí)作了一些解釋：如果站在銀河系之外觀測(cè)，銀河系內(nèi)的磁星發(fā)出的射電暴，就跟一般的快速射電暴一樣。