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"磁星"(Magnetar)是中子星的一种,它们均拥有极强的磁场,透过其产生的衰减,使之能源源不绝地释出高能量电磁辐射,以X射线及伽玛射线为主。
磁星的理论于1992年由科学家罗伯特·邓肯(Robert Duncan)及克里斯托佛·汤普森(Christopher Thompson)首先提出,在其后几年间,这个假设得到广泛接纳,去解释软伽玛射线复发源(soft gamma repeater)及不规则X射线脉冲星(anomalous X-ray pulsar)等可观测天体。
据中国青年报2019年4月11日发布消息显示,近日,中国科学技术大学薛永泉教授等人领衔的中美合作科研团队发现了一个持续约7小时的独特X射线辐射信号,这个信号来自约66亿光年外。各种关键观测数据均表明,该信号极有可能源于双中子星合并之后产生的磁星。国际权威学术期刊《自然》4月11日刊登了这个重大研究发现。
概述
磁星是具有强磁场的恒星。通常光谱型为A,磁场可以强到3特(斯拉)。磁星的磁场强度还在变化,故又称磁变星。磁变星大多为A型特殊星。一部分磁变星,不仅磁场周期性变化,光度和光谱也变化。光变周期1~25天,变幅一般不超过0.1等。
形成
当一颗大型恒星经过超新星爆发后,它会塌缩为一颗中子星,其磁场也会迅速增强。在科学家邓肯及汤普森的计算结果当中,其强度约为一亿特斯拉(10^8 Tesla),在某些情况更可达1,000亿特斯拉(10^11 T,10^15 Gauss),这些极强磁场的中子星便被称为"磁星"。而地球表面的天然地磁场强度,在赤道附近约3.5×10^-5 T,在两极附近约7×10^-5 T。[1]
一颗超新星在爆发期间,自身可能会失去约10%的质量,一颗质量为太阳的10倍到30倍的恒星,在避免塌缩成黑洞的情况下,它们需要放出更大的质量,可能为自身的80%。据估计,每大约十颗超新星爆发中,便会有一颗能成为磁星,而非一般的中子星或脉冲星。在它们演变成超新星前,自身需拥有强大磁场及高自转速度,方有机会演化成磁星。有人认为,磁星的磁场可能是在中子星诞生后首十秒左右,透过炽热内核物质的对流所产生的,情形就如一台发动机。如果在对流现象发生期间同时拥有高自转速度(周期约10毫秒左右),其产生的电流足以传遍整颗天体,便足够把其自转动能转为其磁场。相反,如果天体的自转速度较慢,其内核物质的对流所产生的电流不足以传遍整颗天体,只在局部区域流动。
短寿命
一颗磁星的外层含有等离子及以铁为主的重元素,在张力产生期间,天体会出现"星震"(starquake),这种地震能使天体释放强大能量,包括释出X射线暴及γ射线暴,天文学家把这种天体称为"软γ射线复发源"。
如果把一颗磁星看成为"软γ射线复发源",它们的寿命相当短暂。"星震"会释出大量物质及能量,当中物质被困在自身的强大磁场中,继而在数分钟内蒸发殆尽,另外其他能以放射形式释出的物质,其动能来自天体的角动量,使磁星的自转速度减慢,且比其他中子星减得更快。转速减慢会连带其强大磁场一同减弱,到大约一万年后磁星的"星震"停止,期间仍会释出X射线,天文学家将之称为"不规则X射线脉冲星"。再过大约一万年后,其活动几近停止。"星震"属于一种瞬间的大型破坏,当中一些给人们直接记录,例如2004年12月27日的SGR 1806-20,随着天文望远镜的精确度日高,预计在未来人们能记录更多类似现象。[2]
已知的磁星
SGR 0525-66,位于大麦哲伦云,人类发现的首颗磁星(1979年)。
SGR 1806-20,位于人马座,距离地球50,000光年。
SGR 1900+14,位于天鹰座,距离地球20,000光年。
SGR 0501+4516,2008年8月22日被发现。
1E 1048.1-5937,位于船底座,距离地球9,000光年。该恒星在演变为磁星前,其质量估计为太阳的30到40倍 。
影响
一个强度超过10 GTesla(10^10 T)的磁场,在地月距离的一半位置就足以将地球一张银行信用卡给消磁。一颗以钕元素制成的稀土磁石,其磁场强度约为1 Tesla,而地磁场的强度则为30至60 μT,不少用作数据储存的磁性媒体,可在短距离下以毫特斯拉的磁场把数据删除。
在距磁星1,000公里的范围内,其强大磁场足以置人于死地,水份的反磁性可把细胞组织撕碎。一颗质量达太阳1.4倍的磁星,在相同距离范围内,其潮汐力也足以致命,如果把一个人放在这种地方,其20000牛顿以上的拉力足以把这个人撕开两段。[3]
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