​天文科普：何为磁星？一起来解开磁星之谜

天文科普：何为磁星？一起来解开磁星之谜

解开磁星之谜

在模拟图中，一些恒星的磁场线会相互缠绕形成一个环形(蓝色)。突出并且穿越表面（红色）的磁场线被内部缠绕的环形磁场线固定在一起，并保持稳定。这由示意图（右下）和星形切口（右上）说明。场在数亿年中缓慢向外漂移，然后会扭曲成网球上的接缝形状（左下），随后从恒星上消失。

虽然您可能从未想过普通条形磁铁和恒星之间存在的相似性，但天文学家确实想过，并且他们已经弄清楚为什么这两个不同的物体有时会惊人地相似。

许多恒星（例如我们的太阳）上的磁活动在几天、几周和几年内发生很大的变化。磁场会在不同地点突然出现和消失，整体强度随时间而变化。但是有一些恒星的磁场强大而稳定，拥有与条形磁铁类似的平稳静态磁场。 天文学家称它们为磁星。

在这些磁星的磁场就像条形磁铁一样，磁场线从南北两极发出，并像完美的南瓜骨架线一样向外循环，将一极连接到另一极。

磁星是中子星的一种，被认为具有极强的磁场（~109 至 1011 T，~1013 至 1015 G）。[1]

磁场衰减为高能电磁辐射的发射提供动力，尤其是 X 射线和伽马射线。 [2]关于这些物体的理论是由罗伯特·邓肯和克里斯托弗·汤普森于 1992 年提出的。 [3]该理论随后由 Bohdan Paczyński[4] 及其提倡者发展起来。 [5]该理论解释了 1979 年 3 月 5 日探测到的来自大麦哲伦星云的伽马射线爆发，以及我们银河系内其他亮度较低的爆发。[6][7]在接下来的十年中，磁星假说被广泛接受，被认为是对软伽玛中继器(SGRs)和异常x射线脉冲星(AXPs)的合理解释。在2020 年，研究者们从磁星中检测到快速射电暴 (FRB)。

与其他中子星一样，磁星的直径约为 20 公里（12 英里），质量约为 1.4 个太阳质量。

它们是由质量为太阳10-25倍的恒星坍缩形成的。一颗磁星内部的密度非常大，以至于一汤匙这种物质的质量将超过1亿吨。 磁星与其他中子星的区别在于，它们具有更强的磁场，并且相比之下自转更慢。大多数磁星每两到十秒旋转一次，[14] 而典型的中子星每秒旋转一到十次。 [15]磁星的磁场会产生非常强的x射线和伽马射线的特征爆发。磁星的使用寿命很短。 它们强大的磁场在大约 10,000 年后衰减，此后它们将会停止活动，强 X 射线的辐射也会停止。参考目前可以观测到的磁星的数量，据估计银河系中不活动的磁星数量为 3000 万或更多。

磁星的特征是它们具有约为109 ~ 1011 T.[17]的超强磁场。这些磁场比任何人造磁铁都强一亿倍，[18] 比地球周围的磁场强约一万亿倍。 [19]地球的地磁场为 30-60 微特斯拉，钕基稀土磁铁的磁场约为 1.25 特斯拉，磁能密度为 4.0 × 105 J/m3。 相比之下，磁星的 1010 特斯拉场的能量密度为 4.0 × 1025 J/m3，E/c2 的质量密度是铅的10000倍以上。磁星的磁场即使在 1,000 公里的距离内也是致命的，因为强磁场会使组成物体的原子的电子云发生扭曲，将已知生命形式的化学组成改变为不可预估的状态。 [20]地球和月球之间的平均距离为 384,400 公里（238,900 英里），而一颗磁星在地球到月球的一半距离处，可以剥离地球上所有信用卡的磁条信息。 [21]截至2010年，它们是宇宙中探测到的磁力最强的天体。 [16] [22]

正如 2003 年 2 月《科学美国人》的封面故事所述，在磁星强度的磁场中会发生非常奇特的事情。“X 射线光子很容易一分为二或合并。真空本身被极化，类似于方解石晶体一样，具有强烈的双折射。原子被变形成细长圆柱体，比电子的量子相对论德布罗意波长还要薄。”[6]在大约105特斯拉的磁场中，原子轨道会变形成棒状。在 1010 特斯拉，一个 1.06 × 10−10m 的氢原子会变成一个比正常直径小 200 倍的纺锤体。 [6]

BY: Robert Roy

FY:Starry

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