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脈衝星」的密度比預期的還高
(轉載自TAS台灣天文網)[2005/3/15 下午 02:21:41]
透過美國太空總署的錢卓X光天文台，一組跨國的科學研究團隊，對某一顆「脈衝星」(pulsar)進行長期的觀測，並進行表面溫度的測量。他們發現該「脈衝星」冷卻的速度，比預期的來得快，這樣的結果意味著，該「脈衝星」比原先預期的更為緻密。
影像中顯示的是「3C58」的X光影像。它是錢卓X-光天文台(The Chandra X-Ray Observatory)以先進CCD影像光譜儀(Advanced CCD Imaging Spectrometer，ACIS)於2003年4月22日到26日所拍攝的，曝光時間約100小時。
「3C58」位在仙后座中，與地球的距離大約是1萬光年，根據研究應該是西元1181年爆發的超新星的殘骸，當時中國和日本的天文學家都有記錄。研究結果顯示，有強烈的證據足以說明，早在800多年前，「3C58」中央的「脈衝星」表面溫度就已經降到攝氏一百萬度以下，這看似超高的溫度，對「脈衝星」而言卻是很低的。
當大質量恆星的核心發生了坍縮，形成一個大小約只有15公里，大部分由中子組成的天體時，「脈衝星」便誕生了。此時在恆星的核心，中子會與其他次原子粒子發生碰撞，此過程會產生微中子，微中子則會帶著能量逃離該恆星，使得「脈衝星」的溫度下降。
決定此一冷卻過程的要素，主要是密度與核心粒子的種類。因此測量「脈衝星」的表面溫度，提供了一個刺探恆星核心環境的方法。「脈衝星」的核心是個極端的環境，顯示出在恆星坍縮成黑洞前，所能得到的最大密度，由於密度是如此之高，以至於我們目前對該環境中粒子間如何交互作用，所知仍極為有限。
從「3C58」中的「脈衝星」所得出的相對低溫，加上從船帆座「脈衝星」以及其他年輕中子星所得到的證據，互相結合比對，結果指向一個結論:中子星冷卻下來的速度出乎意料的快。這有可能是恆星在壓縮成中子星時，有比預期更多的質子倖存了下來。另一種可能則是，造成快速冷卻的是某種形式奇特的次核子粒子(夸克?)。
除了位於「3C58」中央的「脈衝星」，從影像中還可以看到壯麗的噴流、環狀結構、以及由「脈衝星」所產生的高能量粒子組成的磁力圈。圍繞著「脈衝星」的是一個明亮的、甜甜圈形狀的結構，與噴流特徵類似的延伸物，則在與環狀結構垂直的方向遠離「脈衝星」。這些特徵與結構，是由「脈衝星」周圍的極端高能粒子產生的輻射所造成的。這與「蟹狀星雲」裡觀測到的環環狀結構與噴流，相似程度很高。
從「3C58」觀測到錯綜複雜的X光圈結構，顯示在「脈衝星」向四周延伸達12光年範圍的星雲中，似乎存在著複雜的磁場結構。對這些結構與「蟹狀星雲」和其他「脈衝星」觀察到的，做精細的分析與比較，有助於讓天文學家有機會了解「脈衝星」如何產生磁場，甚至進一步，對一個尺度比這大得多的類似課題:在旋轉的物質從吸積盤進入星系中的「超大質量黑洞」時，磁場是如何產生的呢?
由錢卓X光天文台所拍攝的「3C58」、「蟹狀星雲」以及陸續拍攝中的許多「脈衝星」的影像，提供了戲劇性的證據用來說明:快速旋轉的中子星周圍的強力電磁場，是高能粒子的超級製造機。這也產生了一種令人著迷的想法:「脈衝星」能藉著自旋，把磁場以及高能粒子帶入太空中，這可能可以解釋星際磁場和宇宙射線的起源。
該研究在2004年11月20日，於天文物理期刊(Astrophysical Journal)中發佈。團隊成員為麻省劍橋(Cambridge,MA)的哈佛-史密松天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,CfA)的Patrick Slane與Stephen Murray，哥倫比亞大學(Columbia University)的David Helfand與荷蘭電漿物理FOM研究所(FOM Institute of Plasma Physics, the Netherlands)的Eric van der Swaluw。
