一組天文學家利用FAST 望遠鏡（中國天眼）從脈衝星PSR B2111+46 中發現了”矮脈衝”。與常規的脈衝星發射不同，這些微弱、狹窄的脈衝代表了一種獨特的輻射狀態，通常表現出罕見的反向光譜。研究表明，這些脈衝有助於揭開脈衝星輻射過程和脈衝星磁層內極端等離子體條件的神秘面紗。

中國科學院國家天文臺韓金林研究員領導的研究小組利用五百米口徑球面射電望遠鏡（FAST），從一顆明亮的脈衝星PSR B2111+46中探測到了獨特的”矮脈衝”，並對射電輻射進行了前所未有的詳細研究，探測了磁層中的未知物理學。

這項研究成果今天（8 月17 日）發表在《自然-天文學》雜誌上。

脈衝星通常會發射週期性的無線電信號。然而，一些較老的脈衝星偶爾會在特定時間內停止發射，這種現像被稱為”脈衝無效”。出現這種現象的原因可能是磁層中由於不利條件或磁場結構和輻射區域的變化而無法產生粒子。另外，粒子產生的區域也可能被其他地方產生的等離子體所淹沒。

由FAST探測到的PSR B2111+46磁層中來自雷暴和粒子雨滴的脈衝射電發射。資料來源：NAOC

沒有脈衝星輻射的確切原因仍然不明。當脈衝星的輻射被抑制時，要確定其磁層的物理狀態非常具有挑戰性。

PSR B2111+46 是一顆相對較老的脈衝星，科學家們早就知道這顆脈衝星的輻射經常會在一段時間內處於無效狀態。然而，在2020 年8 月24 日、8 月26 日和9 月17 日偶然觀測到這顆脈衝星時，卻在普通的無效期檢測到了數十個異常微弱、非常窄的脈衝–這在以前是沒有觀測到的。

為了驗證這種新的發射狀態，研究人員於2022年3月8日再次對這顆脈衝星進行了兩個小時的觀測。該研究的第一作者陳雪博士說：”最後，我們挑選出了175個這樣窄而弱的脈衝。據陳博士介紹，這種脈沖在脈衝寬度和能量方面與普通脈沖不同，因此被命名為’矮脈衝’。”

來自脈衝星B2111+46的矮脈沖在脈衝寬度和輻射能量上與普通脈衝有明顯的不同，這表明脈衝星的輻射狀態與普通脈衝星不同。資料來源：NAOC

矮脈衝的性質

標準的單個脈衝是通過脈衝星磁極附近規則形成的間隙中廣泛放電產生的粒子”雷暴”來發射輻射的，而矮脈衝則是由這顆瀕臨死亡的脈衝星的一個脆弱間隙中成對產生的一個或幾個粒子”雨滴”產生的。

這些零星、微弱、狹窄的脈衝構成了一種獨立於正常脈衝的新輻射狀態，而且這種脈衝通常表現出罕見的反向頻譜，即它們在更高的射電頻率上有更強的發射，而這種情況很少能在如此顯著的時間尺度上從天文來源中探測到。”除了FAST，其他射電望遠鏡很難測量到這種矮脈衝的特性，”韓教授說，”對這種新的矮脈衝群的測量顯示，即使在輻射幾乎停止的情況下，脈衝星輻射的磁場結構也保持不變。”

“事實上，從其他幾顆脈衝星中也探測到了數量較少的矮脈衝，”該研究的共同第一作者嚴毅說。”對這樣的矮脈衝群進行詳細研究，可以揭開一些未知脈衝星輻射處理的奧秘，並揭示脈衝星磁層中的極端等離子體狀態。”