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磁星如何形成?新模拟:低质量中子星相撞瞬间“打造”最强磁场天体

2026-10-20 寰宇科学

所有中子星都拥有极强大磁场,其中约1%中子星被称为磁星(Magnetars),它们是磁场再比普通中子星强千倍的极端天体,也被认为是引发软伽马射线重复爆发(SoftGamma-rayRepeaters)、快速电波爆发(FastRadioBursts)等剧烈瞬变事件源头,但磁星如何形成仍 是天文物理学未解之谜。

中子星典型磁场强度比地球最强磁场高10万倍,而2颗中子星碰撞通常会合并形成黑洞,这是因2颗中子星总质量大于托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限(TOV极限),即约2.6倍太阳质量。

但一组国际团队利用日本超级电脑富岳(FUGAKU)运行高解析度模拟,首度揭示前所未见的磁星快速制造机制,关键就在有些中子星 质量较小,若2颗中子星总质量小于TOV极限,碰撞后内部中子流体会在短短1毫秒内进入剧烈的克耳文-亥姆霍兹不稳定性(Kelvin–HelmholtzInstability)迅速混合,这个搅拌过程也一起“拖曳”磁场扩散,最终合并后的中子星磁场强度可比初始磁场高出300倍以上!

模拟最令人意外之处在于磁场放大速度极快,毫秒内就遍布星体,说明合并早期阶段就已发生磁场放大现象,并影响过程进展与最终 中子星结构。

过去,磁星形成机制主要有2种假设,一种是“单一恒星演化”,另一种是“双星合并”,研究人员指出还需更多研究确认低质量中子星碰撞实际发展方式,但新模拟强调低质量双中子星合并是磁星形成途径之一,不仅解开磁星形成重要谜团,更为我们理解快速电波爆发等宇宙极端现象提供全新物理模型。

不过想通过天文观测验证该机制难度极高,首先双中子星合并事件很稀有,合并过程磁场放大现象又发生在毫秒内,难直接捕捉,未 来需依赖多信使天文学(Multi-messengerAstronomy)综合证据证实,比如同时捕捉合并事件产生的重力波与短伽马射线暴、快速电波爆发,同时寻找年轻磁星电波特征。

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