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原创丨吴宗涵

编辑丨Jax

【背景及挑战】

相信大家对黑洞都很熟悉，但是“磁星”到底是什么呢？准确来说，磁星是一类具有极强磁场的孤立中子星（NSs），其磁性在活动增强期间能够通过塞曼效应、谱线偏振等途径直接测量。磁星周围的磁场和纯偶极子不同，包含一个不可忽略的环形分量，从而会扭曲磁力线。由于带电粒子使沿着闭合的磁场线流动，因此未来维持磁场所需，被磁场穿过的区域（磁层）在光学上会变厚，因而在回旋加速器共振频率[共振康普顿散射（RCS）]下会发生康普顿（Compton）散射。在这种情况下，磁x射线的持续发射会在两种正交模式下发生线性极化，也即普通型（O）和特殊型（x），来极化矢量平行或垂直于光子传播方向和（局部）磁场形成的平面。由于NSs无法通过观测进行空间分辨，具有不同磁场方向（不同发射极化方向）的区域被整合到了一起，因而这降低了观测到的极化。只有当磁场足够强的时候，才会迫使光子偏振矢量跟随磁场方向，观察到与发射偏振几乎一致的偏振。

【最新突破】

近日，来自宾夕法尼亚大学物理与天文系的Roberto Taverna团队通过使用成像x射线偏振探测仪，首次观察到了磁星4U 0142+61的偏振x射线，并建立了相应的理论模型。

图1 PD和PA能量依赖性的极坐标图。

【研究要点】

1)在观察到磁星偏振x射线的过程中，研究者们发现在2~8千电子伏特波段范围内，所观察到的平均线性偏振度为13.5±0.8%；

2)此外，研究发现观察到的极化随着能量而变化：在2~4千电子伏特时，极化度（PD）为15.0±1.0%；在低于仪器灵敏度约4~5千电子伏特时，极化度在5.5~8千电子伏伏特范围内上升至35.2±7.1%。而极化角（PA）则在约4~5千电子伏特时发生90°的角度变化；

3)该研究观察到的这些结果与所建立的模型相一致，该模型是一个着重于扭曲磁层中的RCS重新处理的模型，在该模型中，来自磁星表面的热辐射会通过散射磁层中的带电粒子被重新处理。

图2 RCS重处理理论模型的示意图

参考资料：

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