卡弗利基金会 伽玛射线双星系统LS 5039印象
一颗中子星(左)和它的大质量伴星(右)
研究小组认为，LS 5039中心的中子星具有超强磁场，可以说是一颗磁星
该场加速弓形区域内的高能粒子，从而发射表征伽马射线二元系统的伽马射线
信用:卡弗利·IPMU 由卡弗利宇宙物理和数学研究所(卡弗利·IPMU)成员领导的一组研究人员分析了以前收集的数据，以推断一个致密物体的真实性质——发现是一个旋转的磁星，一种具有极强磁场的中子星——在银河系最亮的伽马射线双星系统LS 5039内运行
包括前研究生Yoneda Hiroki、高级科学家Makishima和Kavli IMPU的首席研究员Takahashi Tadayuki在内，该团队还提出，已知发生在LS 5039内的粒子加速过程是由主大质量恒星的致密恒星风和旋转磁星的超强磁场之间的相互作用引起的
伽马射线双星是由大质量高能恒星和致密恒星组成的系统
直到最近，也就是2004年，人们才发现了它们，当时人们有可能从足够大的天空区域观测到太电伏特(TeV)波段的高能伽马射线
当用可见光观察时，伽马射线双星看起来像明亮的蓝白色恒星，与任何其他拥有大质量恒星的双星系统没有区别
然而，当用x光和伽马射线观察时，它们的性质与其他二进制文件的性质截然不同
在这些能带中，普通的双星系统是完全看不见的，但是伽马射线双星会产生强烈的非热辐射，其强度根据其几天到几年的轨道周期而有所增减
一旦伽马射线双星被确定为一个新的天体物理学类别，人们很快就认识到一个极其有效的加速机制应该在其中运行
众所周知，超新星遗迹是宇宙加速器，而TeV粒子的加速需要几十年的时间，而伽马射线双星在几十秒钟内就能把电子能量提升到1 TeV以上
伽马射线双星因此可以被认为是宇宙中最有效的粒子加速器之一
此外，已知一些伽马射线双星发射能量为几兆电子伏(兆电子伏)的强伽马射线
这个波段的伽马射线目前很难观测到；它们是从整个天空中大约30个天体上探测到的
但是，这种双星即使在这个能带中也会发出强烈的辐射，这一事实大大增加了它们周围的神秘感，并表明它们内部正在发生极其有效的粒子加速过程
到目前为止，在银河系中已经发现了大约10个伽马射线双星，而已知存在的X射线双星超过300个
为什么伽马射线双星如此罕见是未知的，事实上，它们的加速机制的真正本质是什么，直到现在一直是个谜
通过以前的研究，已经很清楚伽马射线双星通常由一颗质量是太阳20-30倍的大质量主星和一颗必须是致密星的伴星组成，但在许多情况下，致密星是黑洞还是中子星并不清楚
研究小组从找出通常的情况开始他们的尝试
中子星存在的最直接证据之一是探测到与中子星旋转有关的周期性快速脉动
从伽马射线双星中探测到这样的脉动几乎毫无疑问地抛弃了黑洞的设想
在这个项目中，该团队专注于2005年发现的LS 5039，并仍然保持其作为X射线和伽马射线范围内最亮的伽马射线双星的地位
事实上，这种伽马射线双星被认为包含一颗中子星，因为它具有稳定的X射线和TeV伽马射线辐射
然而，直到现在，探测这种脉冲的尝试一直是用无线电波和软x光进行的——而且由于无线电波和软x光受到主星星风的影响，探测这种周期性脉冲并不成功
这一次，研究小组首次将重点放在硬X射线波段(> 10千电子伏)以及天基望远镜朱雀号(2007年9月9日至15日)和新星号(2016年9月1日至5日)上的硬X射线探测器(HXD)收集的LS 5039观测数据上——事实上，朱雀号六天的观测期是迄今为止使用硬X射线最长的一次
这两次观测虽然相隔九年，但都提供了在LS 5039核心有一颗中子星的证据:来自朱雀的周期信号，周期约为9秒
该信号由统计波动产生的概率仅为0
1%
“新星”也显示了非常相似的脉搏信号，尽管脉搏的显著性较低——例如，“新星”的数据只是试验性的
通过结合这些结果，还可以推断自旋周期增加了0
001 s每年
基于推导出的自旋周期及其增加速率，研究小组排除了旋转动力和吸积动力的情况，并发现中子星的磁能是唯一能为LS 5039提供动力的能源
所需磁场达到1011 T，比典型中子星高3个数量级
这个值是在所谓的磁星中发现的，磁星是中子星的一个子类，具有非常强的磁场
9秒的脉冲周期是磁星的典型特征，这种强磁场阻止了主星的星风被中子星捕获，这可以解释为什么LS 5039没有表现出类似于X射线脉冲星的性质(X射线脉冲星通常出现在X射线双星系统中，恒星风被它的伴星捕获)
有趣的是，迄今为止发现的30颗磁星都是孤立的恒星，因此它们在伽马射线双星中的存在并不被认为是一种主流观点
除了这个新的假设之外，研究小组还提出了一个为LS 5039内部的非热发射提供能量的来源——他们认为这种发射是由磁星的磁场和密集的恒星风之间的相互作用引起的
事实上，他们的计算表明，能量为几兆电子伏的伽马射线，如果产生于磁星附近的超强磁场区域，可以被强烈发射，这一点还不清楚
这些结果潜在地解决了LS 5039中致密物体的性质之谜，以及驱动二进制系统的潜在机制
然而，需要对他们的研究进行进一步的观察和提炼，以对他们的发现提供新的启示
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