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新闻稿

2021年度邵逸夫天文学奖平均颁予维多利亚 • 卡士比 (Victoria M Kaspi) 赫里莎 • 库韦利奥图 (Chryssa Kouveliotou),以表彰她们对理解磁星作出贡献。磁星是一种高度磁化的中子星类别,与很多壮观瞬变天体物理学现象有关。她们开发了新颖和精确的观测技术,从而证实具有超强磁场的中子星存在,并描绘出它们的物理特性。她们已将 磁星确立为一种崭新而又重要的天体类别。维多利亚 • 卡士比是加拿大麦吉尔大学物理学教授暨麦吉尔太空研究所所长。赫里莎 • 库韦利奥图是美国乔治华盛顿大学物理系教授暨系主任。

中子星是恒星爆炸后的超压缩残余物。它们大多数快速自转,周期从毫秒到秒,并发出强大的电磁辐射光束 (表现为脉冲星)。因此,它们是精确的「宇宙时钟」,可以让人们在引力场比地球强几十亿倍的情况下进行基本物理测试。有关脉冲星的研究取得了两次诺贝尔物理学奖(1974年和1993年)。

 

脉冲星也具有很强的磁场,当前身星塌缩成中子星时,磁场线被 「冻结」在星体残余物中。这些磁场引导粒子流从磁偶的两极喷出。但是传统的射电脉冲星主要由旋转能量提供动力,而其旋转速度在其生命周期慢慢耗减。

 

卡士比库韦利奥图的研究是受到理论预测 (邓肯和汤普森於1992年发表) 的启发,超新星核心发生引力塌缩形成中子星,假如在塌缩后的最初几秒钟内,发电机的作用是有效的话,中子星可以具有巨大磁场,比常规脉冲星的磁场强千倍。此物体 (称为「磁星」) 储存巨大磁能,从而可以获取动力,而不是靠旋转提供;并且预计在磁星中心产生带电粒子对,从而触发高能伽马射线爆发。

赫里莎 • 库韦利奥图和她的同事在1998至1999年间对称为「软伽玛射线重复爆发源」(SGRs) 的X射线/ γ射线源类别进行观测,证实磁星的存在,并为磁星模型,提供了令人赞叹的证据。库韦利奥图开发用於X射线波长的脉冲星计时的新技术,将其应用於来自罗西X射线计时卫星 (RXTE) 的数据上,於1998年SGR 1806-20的持续射线中,检测到7.5秒周期的X射线脉冲。然后,她测量了脉冲星的降速率,并取得脉冲星的年龄和磁偶极强度,磁场在预测范围内,接近1014高斯 (即1010 T)。由於脉冲信号微弱,又需要为多个时段的旋转相位 作出校准,因此降速测量极具挑战性。

维多利亚 • 卡士比 (Victoria Kaspi) 证明第二类发射X射线的稀有脉冲星,即「异常X射线脉冲星」(AXP),它们也是磁星 (加夫里尔等於2002年发表)。卡士比从射电天文学家在脉冲星计时中常用的方法出发,克服了巨大的技术难题,把相位相干性技巧推广到X射线领域。这容许她可以在数月至数年的时间间隔上,维持相位相干,从而对 X射线脉冲星进行非常精确的定时测量,因此可以测量出比SGR 1806-20还要低的降速率。卡士比阐明了磁星与经典射电脉冲星的关系,因此对整个磁星类属的特性描述作出了根本性的贡献 (奥劳森和卡士比於2014年发表)。她的工作巩固了我们对磁星的认知,确定它们是不同源类。如今,磁星惯常地被引用来解释各种天体物理瞬变现象,包括γ射线爆发、超高光度的超新星和新生的中子星。

磁星探测到地球上无法遇到的极端物理状况,例如强大重力、超核 密度,和宇宙中最强的磁场。在这种高能量环境中,粒子和反粒子从真空产生,因此为广义相对论和量子电动力学提供了进行测试的 独特可能。在2020至2021年,首次证实了银河系磁星与毫秒级射电发射爆发,即所谓快速电波爆发 (FRB) 的关联 (加拿大氢强度测绘 实验 / 快速电波爆发等於2020年发表;尤尼斯等於2021年发表)。 这些结果表明「闪耀」的磁星可能是一种强大的引擎,驱动了在银河系之外发生的一些壮观快速电波爆发。未来的研究必然进一步阐明 这些令人振奋的发现。

2021年度邵逸夫奖表彰维多利亚 • 卡士比赫里莎 • 库韦利奥图在理解磁星、脉冲星和γ射线爆发的神秘特性方面所作出的重大贡献。



邵逸夫天文学奖遴选委员会
(译自英文原稿)


2021年6月1日  香港