天文学家测量迄今最强恒星磁场:为太阳2万倍

超级盾

这是麦克唐纳天文台的哈比-埃博利望远镜（HET）的主镜片。这一镜面由91块小镜片拼接而成，其有效孔径达到9.2米。

北京时间9月13日消息，据物理学家组织网站报道，一个由加拿大皇家军事学院的格里格·韦德(Gregg Wade)领衔的天文学家小组使用美国德克萨斯大学奥斯丁分校所属麦克唐纳天文台的哈比-埃博利望远镜(HET)以及位于夏威夷群岛莫纳克亚山顶的加拿大-法国-夏威夷望远镜(CFHT)对迄今在恒星周围发现的最强磁场进行了测量。有关他们此项工作的论文已经发表在了今天出版的英国《皇家天文学会月刊》上。
这颗恒星的磁场强度比太阳强2万倍，也比其它任何迄今已知的大质量恒星磁场强上10倍以上。这颗恒星光谱型为O型，编号为NGC 1624-2，位于英仙座疏散星团NGC 1624中，其质量约为太阳质量的35倍，距离约为2万光年。这颗恒星是天文学家们全面了解大质量恒星性质的极端案例之一，其在星系演化过程中扮演着重要作用。研究小组成员，加拿大蒙特爱立森大学教授安妮·帕勒瑞(Anne Pellerin)说：“理解大质量恒星的演化，也就是那些最终会以核心塌缩形式形成超新星的恒星类型，是非常重要的。”当恒星爆炸时，其核心产生的大量重元素被抛射进入太空。她说：“从大的图景上来说，我们的太阳便诞生于超新星爆发的碎屑之中，这就是我们所有铁元素的来源。”
这些大质量恒星寿命很短，就拿这颗恒星NGC 1624-2来说，其整个生命周期仅有大约500万年，这仅仅相当于太阳目前年龄的千分之一，而太阳仍然正值中年。但即便如此，这些恒星对于星系的演化仍然具有重大影响。韦德表示：“它们强大的星风，剧烈的辐射场，以及剧烈的超新星爆发都让它们成为勾勒出星系结构，化学以及演化路径的作俑者。” 然而正如帕勒瑞所指出的那样：这样的恒星比较稀少。韦德表示：“因此只要能加深对它们的了解，做什么总是好的。”他解释称这种围绕大质量恒星存在的极端强大的磁场目前还尚未被很好的理解。他说：“如此强大的磁场所产生的最重要的一个影响便是它即便在离开恒星NGC 1624-2本体很远的距离上仍旧可以对其星风产生很大的约束和控制作用——这一距离可以达到恒星半径的11.4倍。”他说：“如此巨大的磁场范围是令人惊叹的。其宽度比任何其它与之相似的大质量恒星的磁场圈宽度都要大出4倍以上，而如果光考虑体积的话，那么它的磁场圈的体积就更是要大出80倍以上。”同时这颗恒星的磁场也对其内部的结构产生着影响。
因此这一磁场可以在极大程度上影响这样一颗大质量恒星的“生活”，从它诞生一直伴随到它的消亡。然而由于我们对于这些磁场的特性理解甚少，我们现有的有关恒星演化的模型是不完善的。韦德说：“我们需要对像NGC 1624-2这样的恒星进行观测，从而理解这里究竟在发生着什么？”
研究小组希望能更好地理解这颗巨无霸恒星的本质，然而它太遥远了，周围还被尘埃云围绕，因此他们需要一台强大的望远镜，并借助其强大的集光能力对这颗恒星的光芒进行详细研究。帕勒瑞说：“这颗恒星难以进行观察，因为它被尘埃淹没。这让它显得很暗，因此我们需要更加强大的望远镜设备。”
最终他们使用了口径9.2米的HET望远镜并加装高分辨率光谱仪设备进行观测。通过对其光谱中重复特征出现的时间，研究小组推算出了这颗恒星的自转周期。这些光谱中的特征是由从恒星发出的星风引起的。帕勒瑞表示：“大质量恒星的星风是非常剧烈的，尤其是如果将其和太阳发出的星风，也就是太阳风作比较的话。”她解释说：“这些大质量恒星每时每刻都在通过星风的方式损失大量质量，在其整个生命周期期间，这样的质量损失可以高达30%。这种星风是一种等离子体流，由沿着磁力线运行的带电粒子组成。正是这些粒子会在恒星的光谱中留下一些特征性的线索。”
韦德表示：“这种出现在其光谱中的重复特征让研究小组得以确定出这颗恒星正在以非常缓慢的速率自转：其自转一周需要长达160个地球日，而相比之下，太阳自转一周所需的时间仅为25个地球日。我们认为这颗恒星之所以自转速度如此之慢是因为它的速度被其周围的星风物质拖慢了，由于这些星风物质是沿着根植在恒星表面的磁力线运行的，它不得不拖拽着那些星风物质一同自转。尽管这是一个尚需检验的结论，但是看起来这还是非常可能的。”为了测量这颗恒星磁场的强度，研究小组使用加拿大-法国-夏威夷望远镜，配合一台被称作“ESPaDOnS”的设备进行观察。在这一过程中他们尤其注意对沿自转方向电磁波中存在的微小偏移进行测量，观察其被磁场中的原子吸收或辐射时产生的效应。
韦德表示：“如果观察到顺时针转动的电磁波占优势，这就说明一个指向我们的磁场；而如果观察到逆时针转动的电磁波占优势，这就说明一个背离我们的磁场。”他说：“这种优势越大磁场的强度便也越强。一般情况下这种差异量是很小的，需要许多次测量或对数据的仔细处理才能区分出信号。但在恒星NGC 1624-2的案例中，在我们最早期的观测中便已经很明显，那就是这里存在一个极其强大的磁场。” 此项研究中所使用的“SPaDOnS”是全世界用于这类研究的最先进的设备。