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波霎PSR J0357+3205和它神秘的尾巴

波霎(pulsar,或稱為脈衝星)是自轉非常快速的中子星。最近有天文學家利用錢卓X射線觀測衛星(Chandra X-ray Observatory)觀測編號為PSR J0357+3205(縮寫為PSR J0357)的波霎,結果發現這個波霎居然有個很長、在X射線波段很明亮的尾巴。科學家認為這個X射線尾可能是來自波霎風(pulsar wind)中的高能粒子,繞著磁力線運動所發出的輻射而形成的,但它的性質又與其他波霎的X射線尾有些許不同,因此真實的成因尚待確定。

上方影像是錢卓的X射線影像(藍色)和數位巡天計畫(Digitized Sky Survey,DSS)的可見光影像(黃色)合成的。PSR J0357位在影像中尾巴偏向右上方的端點處;至於尾巴左下角的兩個明亮X射線源,應該是在銀河系以外、與波霎和尾巴都無關的背景天體。

PSR J0357最初是在2009年由費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gamma Ray Space Telescope)發現,位在英仙座方向。天文學家估計這個天體距離地球約1,630光年,成為波霎的年齡僅約50萬年,對波霎這類天體而言,大概處在中年左右。如果這條尾巴與波霎距離差不多,那麼它的長度大約有4.2光年這麼遠,相當於從太陽延伸到離太陽系最近的恆星—半人馬座Alpha(南門二)的 距離;這將使得它成為最長的X射線尾之一,這種X射線尾通常與所謂的「自轉驅動波霎(rotation-powered pulsar)」有關,這種波霎的動力通常來自轉速度逐漸減慢而損失的能量。(註:有些波霎的動力來自強磁場,有些則來自物質落入中子星的過程)

之前曾有一種X射線尾的解釋,認為:當波霎以超音速在太空中高速運動而時會形成弓形震波(bow-shock),使粒子被掃到波霎後方,與周圍環境中 的氣體交互作用而發出X射線,形成X射線尾。不過,這種弓形震波的解釋法,對PSR J0357而言可能對,也可能不對。理由之一,是費米資料顯示PSR J0357自轉逐漸減慢所損失的能量很少。這個自轉能量損失的現象相當重要,因為這種自轉能量會轉為輻射能,驅使波霎粒子向外流出而形成波霎風,這麼一來便限制了波霎風粒子能獲取的能量強度,應該不可能產生像錢卓觀測到這樣強的X射線尾。

這種解釋方式的另一個挑戰是:其他具有弓形震波的波霎,其X射線輻射是環繞波霎周圍,而非像PSR J0357一樣呈現單向尾狀。此外,這個X射線尾最明亮的部分是直接遠離波霎,這個外型也與其他具弓形震波的波霎不同。

雖然目前對這個X射線尾的成因沒那麼有把握,不過天文學家希望未來能繼續利用錢卓觀測來檢驗這個弓形震波的解釋;換言之,如果波霎移動方向與這個X射線尾相反,那麼這個弓形震波的概念或許就是正確的。

資料來源:PSR J0357+3205: A Pulsar and its Mysterious Tail [2011.07.13]

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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