原创 赵冬瑶 天文爱好者杂志 2023-09-19 15:30 发表于北京
04 日冕加热谜题或被破解
EUI于2022年10月12日拍摄的太阳图像。红色、蓝色和绿色矩形框突出显示了3个快速振荡磁波。Credit：Solar Orbiter/EUI Team
虽然太阳离我们如此之近，但它仍有着太多的未解之谜。长期存在的天体物理学难题之一正是关于太阳的，即日冕加热问题。我们知道，太阳唯一的热源位于其核心。一般来说，离热源越远的地方温度会越低，这意味着太阳大气的最外层，也就是日冕，由于远离恒星内部的热源，温度应该更低。
但情况并非如此。更靠近太阳表面的光球层的温度大约为6000摄氏度，然而日冕的温度会达到令人难以置信的一百万摄氏度以上，比光球层的温度高约200倍。在过去的80年里，天文学家一直在努力解释为什么日冕会如此之热。最近的一项新发现表明，快速振荡磁波或许是答案。
这一新发现是根据极紫外成像仪（EUI）望远镜的观测得出的，该设备搭载在欧洲空间局的环日轨道器上。环日轨道器于2020年2月发射，目标是在更近的距离上拍摄太阳的图像。尽管地面望远镜可以提供更高分辨率的太阳图像，但因为极紫外辐射会被地球大气层吸收，因此地面望远镜无法研究太阳的极紫外辐射，从而观测不到驱动太阳行为的许多关键现象。
环日轨道器会定期接近到距太阳不到7700万千米的区域，这甚至比太阳系最内层行星水星的轨道更近；而其搭载的EUI能够不受地球大气的影响，并持续探测太阳发出的高能极紫外辐射。环日轨道器的第一张太阳图像于2020年6月发布；而此次的新发现，则是基于EUI去年10月的拍摄结果。
由比利时天文学家领导的研究团队对日冕图像进行了分析，发现了在太阳大气中存在快速振荡的磁波。这些磁波在图中以红色、蓝色和绿色矩形框突出显示，大小均不到10000千米。作为对比，太阳的直径为1392000千米。
天文学家此前曾探测到振荡速度较慢的磁波，但这些慢速磁波没有产生足够的能量，因此不能够解释太阳底层和外层大气之间的巨大温差。利用统合分析，研究团队的最新计算表明，快速振荡磁波产生的总能量显著超过了已知的慢速磁波产生的总能量，并且能量值可以解释日冕的加热。
鉴于此次研究结果表明快速振荡磁波在日冕加热中发挥着关键作用，研究团队将投入更多的时间利用EUI观测太阳日冕以探测更多的快速振荡磁波。该研究发表于2023年7月24日的《天体物理学报通信》。
05 寻找到气态巨行星形成的重要线索
围绕V960 Mon运行物质的组合图像；其中黄色来自VLT，而蓝色来自ALMA。Credit：ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Weber等
欧南台（ESO）近期发布了一张壮观的新图像，这为研究巨大的行星、例如木星是如何形成的，提供了重要线索。图像来自于甚大望远镜（VLT）和阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA）的观测，并展现出形似“凤凰”的结构；
而它也像神话中凤凰代表着从炽热的毁灭中重生一样，在这片高温的物质结构中有一颗气态巨行星可能正在诞生，行星系统正在形成。该研究结果发表于2023年7月25日的《天体物理学报通信》上。
这个结构的中心是一颗名为V960 Mon的年轻恒星，位于麒麟座方向，距离地球约5000光年；它可能是从一颗死亡已久的恒星灰烬中诞生不久。2014年，V960 Mon的亮度出人意料地达到了平时亮度的约20倍，这使天文学家首次将注意力集中在了这颗年轻的恒星。
在这次亮度爆发后不久，研究团队使用VLT搭载的光谱偏振高对比度系外行星研究（SPHERE）仪器，对V960 Mon及其周围区域进行了观测。SPHERE的观测图像（图中的黄色部分）显示，围绕V960 Mon运动的物质正在形成一系列复杂的旋臂，其延伸范围比整个太阳系还要大。
由于工作在光学波段，SPHERE的性能使它能够观测到前所未有的细节，以展现V960 Mon周围尘埃和气体结构表面。而为了研究其更深入的内部结构，研究团队利用工作于射电波段的ALMA进行了进一步的观测。ALMA的观测结果（图中的蓝色部分）表明，旋臂正在发生分裂，从而形成了质量与行星相似的团块。
关于气态巨行星的形成，天文学家提出了两种可能的途径。
第一个是核心吸积，即尘埃颗粒覆盖岩石内核，并随着时间的推移越来越多的聚集在一起；
第二个是引力不稳定，即恒星周围由气体和尘埃组成的原行星盘上的物质分布不均匀，导致大块高密度团块形成，进而塌缩。
天文学家之前已经找到了核心吸积的观测证据，但对引力不稳定理论还没有观测支持。在此之前，还没有天文学家真正观测到在行星尺度上发生的引力不稳定性。
此次VLT和ALMA的共同观测结果，标志着天文学家首次发现了年轻恒星周围有可能形成气态巨行星的物质团块。研究团队打算未来利用目前正在智利北部阿塔卡马沙漠建造的特大望远镜（ELT），来对V960 Mon这个正在形成的行星系统进行进一步研究。
06 发现罕见的长周期磁星
长周期磁星的艺术图。Credit: ICRAR
磁星是中子星的一种，本身具有极其强大的磁场，其磁场强度可以大于10万亿高斯。中子星本身就是宇宙中最极端的天体之一，而磁星更是极端中的特殊一类。
最近，一个射电天文学家团队发现了一颗更加罕见的磁星——长周期磁星，这仅仅是同类型中所发现的第二颗。这类罕见的磁星挑战了天文学家对中子星和磁星的理解。
中子星是大质量恒星生命终结后的残骸。当大质量恒星耗尽核聚变燃料时，它们的辐射压就无法再与自身引力保持平衡，并导致它们核心的塌缩。核心部位的质量约与太阳质量相当，并最终会被压缩到直径不大于19千米的区域里，形成中子星。由于直径的快速减小，这将导致新生中子星的自转速度非常快，可以达到每秒700转，并且会发出射电脉冲。
磁星也不例外。目前发现的磁星基本每隔几秒或几分钟就会被探测到一次脉冲，而此次发现的长周期磁星脉冲间隔长达22分钟，是迄今为止观测到的脉冲间隔最长的磁星，暗示了它缓慢的自转。
这颗磁星名为GPM J1839-10，位于盾牌座，距离地球15000光年；在对2022年7月至9月的西澳大利亚默奇森大视场射电阵的数据进行分析时，研究人员发现了这个天体。
理论上，并非所有磁星都会快速旋转并发出射电脉冲。随着磁星变老，它们会失去角动量并减速，磁场也会减弱。这意味着较老的磁星的磁场太弱，无法产生可以探测到的脉冲，这个阈值被称为“死亡线”。而GPM J1839-10正以缓慢的速度旋转，表明它是一颗较年老的磁星，因此其磁场应该很弱而无法产生足够强的脉冲，即它应处于“死亡线”以下。
但事实是，研究人员探测到了它的射电脉冲，并且脉冲每次持续5分钟。研究团队利用澳大利亚平方千米阵探路者 、帕克斯天文台和MeerKAT射电望远镜等设备证实了他们的发现。
此外，研究人员还检查了美国甚大阵和印度大型米波射电望远镜的历史数据，并难以置信的发现，GPM J1839-10的射电数据可以追溯至1988年，即至少34年来，这个天体一直在稳定的发出射电脉冲。
第一颗长周期磁星也是被相同的研究人员利用相同的望远镜发现的，它每18分钟发出一次射电脉冲，当时的结果发表在了2022年1月的《自然》杂志上。目前，研究人员还无法对这类天体进行解释，甚至不能百分之百确定它们是磁星，因为他们尝试了很多不同的理论模型，但没有一个完全符合观测数据。
长周期磁星也许展现了一种全新的恒星遗迹，无论背后的物理机制是什么，都将帮助天文学家更加深入的理解极端环境中的磁场行为、中子星的形成和演化等重要问题。此次研究成果发表在2023年7月19日的《自然》杂志上。
网友评论