北京天文馆研究人员探究极亮X射线脉冲星之三

之前的两篇报道中我们提到了极亮X射线脉冲星的成因是一个未解谜题：为什么吸积中子星能发出高达千万倍（10⁷）太阳的光度？我们利用慧眼空间X射线望远镜数据研究了银河系内第一颗极亮X射线脉冲星（Swift J0243），以及小麦哲伦云里面的两颗极亮X射线脉冲星。这里我们继续报道研究人员对Swift J0243的进一步探究。

X射线脉冲星一般是由一颗正常恒星和一颗中子星组成的双星系统，中子星通过吸积来自正常恒星的物质产生X射线辐射，这些辐射来自中子星的两个磁极，当磁轴和旋转轴不同的时候，就形成了我们看到的脉冲辐射。被中子星吸积的物质一般具有角动量，这些角动量会改变中子星的旋转速度，导致观测的自旋变化。在有物质吸积的时候中子星会转的越来越快，而当物质吸积率低或者没有物质吸积的时候，中子星一般会转的越来越慢。

变慢的原因是由于中子星的磁场和周围的物质耦合在一起，在某一半径之内（磁球半径），磁场压力主导，物质沿磁力线方向运动；磁球半径之外，物质压力主导，一般以盘形式绕转。磁球半径越大，盘在磁球半径处转的越慢。如果盘的转速比中子星转的慢，理论预计物质会被中子星甩走（类似螺旋桨效应），就会使得中子星的角动量减少，转的更慢。图1显示了Swift J0243的这种自旋变化行为。在流量高的时候，它转的越快（如图最左边显示），流量低的时候，它就变慢了。

中子星变慢的速度和中子星的磁场有关。研究人员通过Swift J0243的变慢率估计了其磁场，约为2x10¹³高斯，与磁场回旋线的测量一致。不过他们发现即使在中子星变慢的时候，中子星仍然会发出脉冲辐射，这与以前认为中子星会把磁球半径外的物质甩走的预期不一致，揭示螺旋桨效应并未预期上演。

详见：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/accf83

图1：Swift J0243中子星的自旋变化率与流量关系，最上面是流量（物质吸积率），中间是自旋频率，下面是自旋变化率。