NASA太空望远镜首次绘制“灯塔”脉冲星磁场图

首次直接测量脉冲星磁场

NASA的成像X射线偏振测量探测器（IXPE）首次直接测量了位于“灯塔星云”中的脉冲星PSR J1101−6101的磁场。这项研究成果于2026年7月9日发表在《天体物理杂志》上，为理解宇宙中最极端天体的结构提供了新见解。脉冲星是一种具有强磁场且高速自转的中子星，灯塔星云中心的脉冲星每秒旋转16次。中子星是大质量恒星生命周期结束时留下的致密核心，质量超过太阳却被压缩到城市大小，成为研究极端物理的天然实验室。

观测方法与挑战

2025年6月，IXPE花费近18天时间聚焦灯塔星云。天文学家研究了从脉冲星延伸出的两条狭窄X射线分支：较长的称为“丝状结构”，较短的称为“尾迹”。当脉冲星的高能粒子与星际空间气体碰撞时，会形成弓形激波，类似快艇船首的波浪。大多数粒子被捕获在激波后，形成湍动的尾迹。自2008年以来，研究人员推测最高能粒子通过弓形激波逃逸，沿银河系磁场线流动，形成星云细长的丝状结构。

为了验证这一理论，研究团队需要测量光的偏振——即光波电场振动方向。偏振度衡量这些振动方向的一致性。然而，灯塔星云相对暗淡，IXPE科学家开发了先进分析方法，充分利用每一个数据点，避免简化步骤导致信息损失。通过这些新工具，团队成功测量了丝状结构的偏振，并获得了尾迹和脉冲星发射信号的偏振数据。

关键发现与理论验证

分析结果以超过99%的置信度证实，磁场确实与粒子流方向一致。这一平行方向验证了粒子运动模型，但偏振度之高却引发了新问题。论文共同作者、斯坦福大学教授罗杰·罗马尼表示：“许多丝状结构模型假设强磁湍流，而我们测量的高偏振度表明湍流低于模型要求。”IXPE观测还显示，产生X射线辐射的磁场必须与尾迹平行。然而，射电频率观测却显示磁场方向几乎垂直。

论文共同作者、意大利国家天体物理研究所的尼科洛·布奇安蒂尼指出：“射电和X射线波段观测到的磁场方向显著分歧，有力证明了这些天体具有高度结构化特性。这是首次明确表明不同能量的粒子占据系统内不同区域，暗示存在多种且可能截然不同的加速机制。”

任务背景与意义

IXPE任务是NASA与意大利航天局的合作项目，合作伙伴和科学合作者遍布12个国家。任务由NASA马歇尔太空飞行中心领导，BAE系统公司与科罗拉多大学大气与空间物理实验室共同负责航天器运行。IXPE持续提供前所未有的数据，推动对宇宙天体的突破性发现。这项研究不仅验证了长期以来的理论，还揭示了脉冲星周围磁场和粒子加速的新复杂性，为未来研究极端天体物理过程奠定了基础。

未来展望

这项发现挑战了现有模型，促使科学家重新审视脉冲星星云中粒子加速和磁场湍流的机制。IXPE的高灵敏度偏振测量能力为探索其他脉冲星和致密天体提供了新工具。随着更多观测数据的积累，天文学家有望进一步揭示中子星、黑洞等极端天体的物理规律，深化对宇宙基本作用力的理解。NASA将继续利用IXPE等先进望远镜，探索宇宙的奥秘。

原标题：NASA Space Telescope Maps Magnetic Fields of ‘Lighthouse’ Pulsar。 来源：science.nasa.gov。

阅读原文