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原創丨吳宗涵
編輯丨Jax
【背景及挑戰】
相信大家對黑洞都很熟悉，但是“磁星”到底是什么呢？準確來說，磁星是一類具有極強磁場的孤立中子星（NSs），其磁性在活動增強期間能夠通過塞曼效應、譜線偏振等途徑直接測量。磁星周圍的磁場和純偶極子不同，包含一個不可忽略的環形分量，從而會扭曲磁力線。由于帶電粒子使沿著閉合的磁場線流動，因此未來維持磁場所需，被磁場穿過的區域（磁層）在光學上會變厚，因而在回旋加速器共振頻率[共振康普頓散射（RCS）]下會發生康普頓（Compton）散射。在這種情況下，磁x射線的持續發射會在兩種正交模式下發生線性極化，也即普通型（O）和特殊型（x），來極化矢量平行或垂直于光子傳播方向和（局部）磁場形成的平面。由于NSs無法通過觀測進行空間分辨，具有不同磁場方向（不同發射極化方向）的區域被整合到了一起，因而這降低了觀測到的極化。只有當磁場足夠強的時候，才會迫使光子偏振矢量跟隨磁場方向，觀察到與發射偏振幾乎一致的偏振。
【最新突破】
近日，來自賓夕法尼亞大學物理與天文系的Roberto Taverna團隊通過使用成像x射線偏振探測儀，首次觀察到了磁星4U 0142+61的偏振x射線，并建立了相應的理論模型。
圖1 PD和PA能量依賴性的極坐標圖。
【研究要點】
1)在觀察到磁星偏振x射線的過程中，研究者們發現在2~8千電子伏特波段范圍內，所觀察到的平均線性偏振度為13.5±0.8%；
2)此外，研究發現觀察到的極化隨著能量而變化：在2~4千電子伏特時，極化度（PD）為15.0±1.0%；在低于儀器靈敏度約4~5千電子伏特時，極化度在5.5~8千電子伏伏特范圍內上升至35.2±7.1%。而極化角（PA）則在約4~5千電子伏特時發生90°的角度變化；
3)該研究觀察到的這些結果與所建立的模型相一致，該模型是一個著重于扭曲磁層中的RCS重新處理的模型，在該模型中，來自磁星表面的熱輻射會通過散射磁層中的帶電粒子被重新處理。
圖2 RCS重處理理論模型的示意圖
參考資料：
Taverna R., et al. Polarized x-rays from a magnetar. Science. (2022).
DOI: 10.1126/science.add0080
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add0080
