上海天馬射電望遠鏡團組磁星研究再獲新進展

磁星是宇宙中一類具有超強磁場的特殊天體，其磁場強度可達1014-1015高斯，為地球磁場的百萬億倍以上。目前僅發現31顆磁星及其候選體，它們通常表現為軟γ射線重複暴和反常X射線脈衝星。其中僅6顆磁星探測到射電波段輻射，可謂少之又少。和常規脈衝星相比，磁星具有劇烈的高能現象、多樣的輻射輪廓、頻繁的自轉變化等顯著特點。無論是磁星的輻射還是結構、演化等基本問題一直是天文學研究的前沿熱點。

繼上次成功探測到銀河系中心黑洞周圍磁星PSR J1745-2900的射電爆發后，中國科學院上海天文台天馬射電望遠鏡團組又取得了磁星Swift J1818.0-1607觀測研究新進展。這顆磁星於2020年3月12日因X射線爆發被首次發現，隨後觀測證實其具有持續的射電輻射，後續全球多台大型射電望遠鏡均將它列為重要觀測目標。天馬望遠鏡對該磁星進行雙頻率（2.25 GHz和8.60 GHz）同時監測研究，取得如下階段性成果。

【1】僅用一台望遠鏡（即天馬望遠鏡）對該磁星實現了頻率覆蓋跨度高達6 GHz的雙頻同時觀測。儘管國內外研究者已在多個頻率對它觀測，但多頻同時觀測資料非常稀缺。由於磁星輻射隨時間多變且不可預測，不同時獲得的多頻資料無法準確揭示它的輻射隨頻率變化規律。不同頻率輻射來自不同高度的輻射區域，因而多頻平均輪廓能以“立體”視角反映磁星輻射信息。天馬望遠鏡除了探測到這顆磁星較常見的單峰和雙峰平均輪廓外，還多次觀測到鮮有報道的“三峰”平均輪廓。研究發現其2.25 GHz和8.60 GHz的平均輪廓變化在絕大多數情況下並不同步，表明輻射隨時間和頻率變化的複雜性（見圖1）。

【2】用更長時間跨度的（約為已發表最長跨度的兩倍）觀測資料證實該磁星自轉頻率隨時間減慢趨勢和自轉頻率導數准周期震蕩現象，成功擬合了自轉頻率長期變化的一階導數，從而推導出更精確的特徵年齡——約522年（見圖2上兩幅子圖）；

【3】通過精確監測發現該磁星2.25 GHz和8.60 GHz流量隨時間逐漸增大同時能譜逐漸變平（見圖2底部兩幅子圖），解釋了X射線爆發后的27天內未能探測到其8.0 GHz以上積分輪廓。

【4】發現了該磁星有別於其它望遠鏡鄰近時段的模式變換現象。所謂模式變換是少數脈衝星類天體在兩個（及以上）亞穩態輻射之間快速“變臉”現象。儘管和澳大利亞帕克斯望遠鏡的觀測僅僅相隔3天，天馬望遠鏡2020年7月21號探測到的模式變換現象卻伴有劇烈的流量變化。

來自廣州大學、北京師範大學、中國科學院新疆天文台、貴州師範大學、中國科學院高能物理研究所等單位的多位研究者參與這項工作。研究成果已經刊發在2021年505卷1期的《英國皇家天文學會月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS)。有關磁星的後續監測還在天馬望遠鏡進行，將進一步揭示這類天體奧秘。這項研究是在上海市自然科學基金、國家自然科學基金等項目支持下完成的。