天文学家首次直接绘制了一颗高速运行的脉冲星周围的磁场图，证实了一个长期存在的理论，即这些死亡的恒星如何将高能粒子注入银河系。
利用NASA的成像X射线偏振测量探测器（IXPE），科学家测量了脉冲星PSR J1101-6101的磁场。这颗快速旋转的中子星位于所谓的”灯塔星云”中心。7月9日发表在《天体物理学杂志》上的研究结果显示，从脉冲星逃逸出的最高能粒子沿着银河系的磁力线流动，如同船只沿着航道行进。
超音速恒星遗骸
脉冲星是大质量恒星经历超新星爆发后留下的超高密度残骸。留下的核心,,中子星,,将超过太阳的质量压缩进城市大小的球体中，并以惊人的速度旋转。PSR J1101-6101每秒旋转约16圈。其强大的磁场像灯塔光束一样扫过宇宙，星云也因此得名。
这颗独特的脉冲星在星际空间中超音速运动，由不对称的超新星爆发弹射而出。当它穿越银河系介质时，从脉冲星发出的高能粒子与周围气体碰撞，产生弓形激波，类似于快船船首形成的波浪。
大多数粒子被困在弓形激波后方，形成湍流尾流。NASA的钱德拉X射线天文台此前捕捉到这条尾流延伸超过37光年，是当时银河系中观测到的所有天体中射流最长的。
然而，一条被称为”丝状结构”的狭窄X射线分支从脉冲星延伸得更远。自2008年以来，研究人员假设这种丝状结构是在最高能粒子穿透弓形激波并逃逸到星际空间时形成的，这些粒子沿着银河系的磁力线行进。
确凿证据
领导这项研究的斯坦福大学本科生杰克·丁斯莫尔希望验证这一假设。
“我们想验证这个理论，”丁斯莫尔说。”‘确凿证据’来自测量光的偏振，这能指示磁场方向。如果磁场沿着丝状结构指向，那就证实了丝状结构的粒子是沿着磁场流动的。”
IXPE在2025年6月用了近18天观测灯塔星云。测量如此暗淡星云的偏振需要团队开发新的分析技术，从数据中提取每一点信息。
实验成功了。IXPE的测量显示，丝状结构中的磁场与粒子流平行，置信度超过99%。
意外的有序
数据还揭示了一个意外。偏振度（衡量光波排列程度的指标）出奇地高，表明磁场结构平滑有序，湍流程度远低于理论模型的预测。
“许多丝状结构模型假设存在强磁湍流，”斯坦福大学的罗杰·罗马尼说。”我们测量的高偏振度表明湍流低于这些模型所需水平。”
这一发现挑战了当前关于脉冲星风云如何运作的模型，表明在这些极端环境中加速粒子的机制可能比之前认为的更有组织性。
两个不同的磁世界
当团队比较同一系统的X射线和射电观测结果时，另一个引人注目的结果出现了。IXPE显示X射线发射区域的磁场与丝状结构平行对齐，而射电观测则揭示了几乎完全垂直指向的磁场。
这种差异首次提供了明确证据，表明不同能量的粒子在系统内占据不同的物理区域，暗示多种加速机制同时运作。
“在射电和X射线波段观测到的磁场方向显著差异，为这些天体高度结构化的性质提供了令人信服的证据，”该研究的合著者、意大利国家天体物理研究所的尼科洛·布奇安蒂尼说。”这标志着首次有明确迹象表明不同能量的粒子在系统内占据不同区域，暗示着多种且可能截然不同的加速机制在同时工作。”
重要性
这一发现揭示了基本的天体物理过程：脉冲星,,死亡恒星的旋转遗骸,,如何用高能粒子和磁场播撒银河系。理解这一过程是解读银河系中物质和能量更广泛循环的关键。
IXPE是美国NASA和意大利航天局的联合任务，与12个国家的合作伙伴一起，继续提供前所未有的X射线偏振数据。这座天文台由位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心领导，正在为宇宙中一些最极端的天体打开新的窗口。
对于灯塔脉冲星来说，它在银河系中划出的轨迹不再只是一道光线。它是一张磁力路线图，描绘了早已死亡的恒星如何继续塑造着它们周围的宇宙。
婷 翻译