嗝很大的波霎 有史以来最强频率突变
宇宙中有一种高级的灯塔，叫做脉冲星(波霎)。它是质地紧密的中子星，以旋转轴为中心每秒多次快速旋转，朝太空幅射出电波和伽马射线。最近，马克斯-普朗克太空物理学研究所巧妙运用数据分析法，从费米伽玛射线太空望远镜（Fermi Gamma-ray Space Telescope，以下简称”Fermi” 望远镜）的资料库中捞出一个非常特殊的伽玛射线脉冲星。这颗名叫J1838 – 0537的脉冲星很年轻，在电波频段无讯号，它在受观测期间曾发出一次很强的频率突变(glitch)，这是有史以来在「只幅射出伽玛射线」这类罕见的脉冲星当中所观测到的最强的一次频率突变。只幅射出伽玛射线的「纯」伽玛射线脉冲星，由于在天空中的位置、自旋周期的长短、本身随时间经过所发生的变化等各种未知情况和因素使然，让想辨识它的天文研究人员经历到困难重重，只能由Fermi望远镜的巡天观测的原始资料来判断脉冲星在天空中的大约位置，像在一片漆黑的汪洋大海中检查前述特性各种组态，花掉很惊人而大量的计算时间。然而在此之前，要想推估出伽玛射线光子是在何时抵达探测器的隐性规律，这却是唯一的途径。遇上这种费时的计算需求，就连高效能的电脑也很快就山穷水尽，研究员念头一转，动用到当初设计用来处理「重力波」资料分析的演算法，借以协助实现Fermi资料搜寻。新的演算法经过优化(optimize)处理，有了它的协助，很多先前掉失的讯号因此就又被找了回来。2011年11月，「爱因斯坦研究所」团队（Albert Einstein Institute，简称AEI）就一口气公布了达9个之多的伽玛射线脉冲星，全都是因为使用经过优化的演算法才找到的「漏网之鱼」。现在这种方法再次帮助该团队取得重大发现。新发现的脉冲星位置在靠近盾牌座方向，按天球座标命名，名叫J1838-0537。年龄5000岁，是很年轻的脉冲星。每秒约自旋7次。研究人员在发现它之后，很惊讶的又发现，这颗脉冲星是在2009年以前才看得到的，2009年之后它就突然消失了。经过很复杂的对比分析后，研究团队得知，原来J1838-0537这颗脉冲星并未真的消失，只不过，在经过「频率突变」(glitch)后，它的转速比先前快了3,800万分之一秒，这是个微小到几乎可以忽略的变化，但是以伽玛射线脉冲星而言，这却已经是他们曾经量测到的最大一次频率突变。并且这个突变还有一些后续的影响。研究人员表示，「如果忽略不计这个突然冒出来的频率突变，8小时后，我们的计算将完全丢失脉冲星的自旋，Fermi上所装载的探测器将无法确知伽玛射线光子抵达的自旋相位为何，中子星的所谓「闪烁」效应也将因而消失。」不过，要是研究人员的计算里，将频率突变考虑进去，并且修正自旋的变化值，这颗脉冲星就能再次从观测数据中现出踪影了。频率突变从许多年轻脉冲星身上都可观测得到，但确切原因不明。天文学家认为发生在中子星地壳上的「星震」，或发生在恒星内部超流体与地壳间的相互作用可能可以为这个现象提供一个好的解释。研究人员表示，这次侦测到的这个强大的脉冲星glitch(频率突变)，将有助于他们更了解这些极致密天体的内部结构。在从Fermi的数据资料中取得上述发现后，研究人员随后又将一座位于美国维吉尼亚州的绿堤电波望远镜指向了这个伽玛射线脉冲星所在的位置。在近2小时观察，并进一步分析了早先一次一个小时的观测结果之后，发现在电波频段内并未显示任何有规律性的脉动辐射，因此他们确认，J1838 - 0537是一颗罕见的「纯」伽玛射线脉冲星。虽然在电波波段无讯号显示，观测结果却与主要观测一些从太空深处幅射出极高能量伽玛射线的H.E.S.S. 的观测结果明显重叠。(H.E.S.S. 是High Energy Stereoscopic System：高能立体系统的简写)，在与H.E.S.S.天文学家携手合作的一次搜查中，曾在新发现的脉冲星附近，侦测到辐射源的延伸，但仍未能澄清其性质。这颗脉冲星的发现表示H.E.S.S.所侦测到的伽玛射线源为一「脉冲星风星云」。星云是由以近光速的速度运动的粒子所产生的，它在脉冲星极强的磁场中获得加速。由于目前脉冲星的确切位置已知，所以H.E.S.S.未来可以考虑在这个星区里进行一些更精确的测量。目前为止，爱因斯坦研究所的ATLAS集丛已协助发现了10颗前所未知的伽玛射线脉冲星，目前研究团队还动员了更多计算力加入他们的行列。自2011年8月以来，Einstein @ Home计划已为伽玛射线巡天搜索计划贡献了很大的分散式计算力，甚至比ATLAS集丛的计算能力还高10倍，该研究所的研究员Bruce Allen认为未来在Fermi资料中「找到更不寻常的伽玛射线脉冲星」的机会为「非常乐观」。目前他们已将搜索目标扩大，其中之一是，能发现旋转得更快速、周期在毫秒范围内的伽玛射线脉冲星。
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图１: 伽玛射线脉冲星是一种结构紧密的中子星，在其极强的磁场中，带电粒子被加速到相对论性速度（注：「相对论性速度」指的是运动速度与光速相近）。图中可看得出在此过程中产生的伽玛射线辐射区域（紫色），远超过了中子星表面以外很远的地方。从磁极发射出来的电波（绿色）呈锥形。又因为自旋环扫所经过的区域正好与地球视线方向一致，所以对一名地球上的观测者来说，看来，脉冲星就像是定期在天空中闪烁着光芒的一座宇宙灯塔。(文／中研院天文网)
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