近期，中国科学院上海天文台天马望远镜团队在磁星（亦称磁陀星）XTE J1810-197的星际闪烁特性研究方面取得重要进展：解释了以往低频观测为何未能成功拟合其星际闪烁特征时标、确定了其星际散射屏的位置、刷新了“闪烁弧”最高探测记录等。该成果发表于国际前沿期刊《Chinese Physics Letters》。

磁星是宇宙中一类以其超强磁场（10¹³–10¹⁵高斯）而著称的特殊中子星。它们与普通脉冲星的不同表现在多个方面，包括更强的磁场、更年轻的年龄、更长的自转周期、更频繁的高能（X射线、γ射线）活动、更低的射电辐射比例，以及“变化多端”的辐射特性。目前，天文学家共发现30多颗磁星（及候选体），但仅有6颗被探测到射电脉冲辐射。

多年来，天马望远镜一直将磁星作为重要观测研究目标，并在其辐射、转动、频率特性等方面发表了一系列有影响力的成果。最近，天马团队又将研究目光投向磁星的星际闪烁现象。所谓星际闪烁现象，就是星星在射电波段“眨眼睛”，其原理示意图请见图1。对其进行研究，可以探究信号传播路径上星际等离子体的分布、湍动特性、散射特点等。团队利用天马望远镜在高频观测灵敏度高以及多频观测能力强的优势，充分挖掘对磁星XTE J1810-197长达六年的监测资料，深入研究了其在7.00 GHz、8.60 GHz和14.0 GHz的星际闪烁现象。

图1 磁星星际闪烁原理示意图（Image Credit: Jeffrey Hazboun）

针对磁星“变化多端”的内禀辐射变化对闪烁信号的掩盖问题，团队采用奇异值分解算法，有效校正了绝大部分观测数据中的内禀光变，并以二维动态谱的形式直观展示了星际闪烁现象。随后，他们通过二维自相关分析拟合了星际闪烁条纹的具体参数，并借助傅里叶分析（即“二级谱”）探测了星际闪烁弧，进一步限定了星际等离子体的特性（如图2所示）。在频率高达14.0 GHz的观测数据中，团队清晰地探测到了目标磁星的衍射式星际闪烁，从而有效解决了关于该频段是否存在强–弱散射转变的争论。经过上述分析，他们不仅获得了该磁星星际闪烁的特征时标、特征带宽、漂移率等重要参数，还在此基础上取得了以下三个方面的主要进展。

图2 磁星7.00，8.60及14.0GHz星际闪烁二维动态谱（中）、自相关分析（上）、二级谱（下）结果图

【1】解释了以往低频观测为何无法测得其衍射式星际闪烁特征时标。此前，国外团队曾于2024年利用升级版巨型米波射电望远镜（uGMRT），在575–725 MHz频段对磁星XTE J1810-197进行了星际闪烁观测，虽取得了一定研究成果，但未能获得目标的衍射式星际闪烁特征时标。基于天马团队本次的高频观测结果，利用模型推算出该磁星在575–725 MHz频段的衍射式星际闪烁特征时标小于4秒，比其自转周期（5.54秒）更短。这一结果解释了先前国际团队在该频段无法探测到脉冲信号间相干性的原因——正是由于特征时标过短，导致无法拟合出该时标参数。

【2】确定了该磁星星际散射屏的位置。利用运动学模型，团队将主散射屏定位于距离地球约1.6千秒差距（kpc）的人马臂内，该散射屏与HII区JCMTSE J180921.2–201932位置重合。这个HII区是一个活跃的大质量恒星形成区，新生恒星星风的局域电离会导致星际介质湍动加剧。这一结果表明散射屏位置远离磁星，否定了先前国际团队关于部分星际闪烁相关能谱特征与磁星2018年爆发有关的猜想。

【3】刷新了二级谱中“闪烁弧”的最高探测频率记录。如图2（下）所示，该项研究在磁星XTE J1810-197的7.00、8.60和14.0 GHz二级谱中均探测到清晰的抛物线状“闪烁弧”。本次在14.0 GHz探测到的“闪烁弧”，刷新了该团队此前利用天马望远镜在8.60 GHz创下的星际“闪烁弧”最高探测频率国际纪录。与此同时，团队还发现该磁星的星际“闪烁弧”普遍存在明显的不对称性。为探寻其物理机制，研究团队分析了弧的不对称性参量（对数不对称比）与色散梯度的关系，证实二者同步演化且呈强线性相关（见图3），从而首次为“色散梯度导致弧不对称”的理论提供了有力的观测证据。

图3 弧不对称性与色散梯度的关系：二者随时间的变化（左）以及相关性分析（右）

此外，依托六年流量密度监测数据，团队成功测量了磁星的折射式星际闪烁时标，完善了磁星星际介质散射的物理图景。本研究是在中国科学院上海天文台天马团队成员通力合作下完成的，并获得了多位国内同行的有益建议。在研究完成过程中，得到了科技部平方公里阵列射电望远镜（SKA）专项、国家重点研发计划、射电天文与技术全国重点实验室等课题的鼎力资助。天马望远镜运行团队的有力保障，对相关研究目标的实现起到了决定性作用。

论文链接：https://cpl.iphy.ac.cn/article/doi/10.1088/0256-307X/43/4/041101

科学联系人：

闫振，中国科学院上海天文台，yanzhen@shao.ac.cn

沈志强，中国科学院上海天文台，zshen@shao.ac.cn