中子星是宇宙中具有最強磁場的天體，對其X射線能譜的回旋吸收線的探測是目前直接測量中子星表面磁場的唯一方法。最近，“慧眼”衛星團隊在編號為Swift J0243.6+6124的中子星X射線雙星發現了能量高達146千電子伏的回旋吸收線，對應超過16億特斯拉的中子星表面磁場，繼2020年直接測量到約10億特斯拉的宇宙最強磁場之后，再次大幅度刷新了最高能量回旋吸收線和宇宙最強磁場直接測量的世界紀錄。該項研究工作主要由中國科學院高能物理研究所（IHEP）與德國圖賓根大學（The University of Tübingen）合作完成，近日在國際著名期刊《Astrophysical Journal Letters（ApJL）》（天體物理雜志通訊）在線發表。中科院高能所孔令達博士、張澍研究員、張雙南研究員為論文通訊作者。 

　　中子星X射線雙星系統由中子星與其伴隨恒星組成，伴隨恒星的氣體在中子星的強引力作用下落向中子星，形成了圍繞中子星高速轉動的氣體盤，稱為吸積盤。吸積盤上的物質會沿著中子星的磁力線落到中子星表面，發出強烈的X射線輻射，該輻射隨著中子星的轉動，形成周期性的X射線脈沖信號，因此這類天體也被稱為“X射線吸積脈沖星”。觀測發現，這一類天體在X射線輻射能譜上會出現“凹陷”結構，這是X射線光子被在磁場中回旋運動的電子共振散射吸收造成的，被稱為回旋吸收線?；匦站€處的能量對應的磁場強度就是中子星表面的磁場強度，這是目前直接測量中子星表面附近磁場強度的唯一方法。 

　　超亮X射線脈沖星是X射線光度具有超常亮度的特殊X射線吸積脈沖星，以前在銀河系以外的多個星系里發現，天文學家推測其脈沖星的磁場強度很高，但并沒有直接測量證據?！盎垩邸毙l星對銀河系內第一顆超亮X射線脈沖星Swift J0243.6+6124的爆發進行了詳盡的寬能段觀測，此次在其能譜上以極高的顯著性（大約10倍標準偏差）發現了能量高達146千電子伏的回旋吸收線，對應超過16億特斯拉的中子星表面磁場。這不僅是迄今宇宙天體磁場直接測量的最高紀錄，而且也首次在超亮X射線源中直接測量了其中子星的表面磁場。 

　　通常認為，中子星的表面磁場結構復雜，既有延展范圍很大的偶極磁場，也有局限于中子星表面附近的多極磁場。以前各種間接方法只能估算延展較遠的中子星偶極磁場。本次“慧眼”衛星直接測量到Swift J0243.6+6124的表面磁場強度，比通過間接方法給出的偶極磁場強度高大約一個數量級，說明其對應于中子星表面附近的多極磁場。這是首次從觀測上直接證明中子星除兩極對稱的偶極磁場外，的確具有更加復雜的非對稱磁場結構。 

　　慧眼衛星是我國第一顆X射線天文衛星，承載高能X射線望遠鏡、中能X射線望遠鏡和低能X射線望遠鏡三種科學載荷和空間環境監測器，觀測能區為1-250 keV。與國外的X射線衛星相比，慧眼衛星具有覆蓋能段寬、在高能X射線能段的有效面積最大、時間分辨率高、探測死時間很小、觀測強源沒有光子堆積效應等突出優點，打開了觀測黑洞、中子星硬X射線快速光變和能譜研究的新窗口。 2020年，“慧眼”衛星在編號為GRO J1008-57的中子星中探測到了90千電子伏的回旋吸收線，對應10億特斯拉的中子星表面磁場，是當時宇宙磁場直接測量的世界紀錄。隨后，“慧眼”團隊還在另外一個中子星（1A 0535+262）的能譜上探測到了約100千電子伏的回旋吸收線?！盎垩邸毙l星連續三次刷新回旋吸收線能量測量的最高紀錄，表現出在探測天體高能X射線能譜方面具有國際領先的獨特能力。   

　　慧眼衛星最早于1993年由中科院高能所李惕碚、吳枚等人提出，衛星研制得到了國家國防科技工業局民用航天科研經費和中科院空間科學先導科技專項的共同支持，于2017年6月發射升空。中科院高能所負責衛星有效載荷、地面應用系統和科學研究工作，航天科技集團公司五院為衛星總體單位，清華大學為衛星有效載荷和地面應用系統聯合承研單位，參加慧眼衛星工程的還有中科院國家空間科學中心、北京師范大學等。  

　　文章鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac7711 

　　圖1：慧眼衛星在146 keV附近觀測到銀河系內第一個超亮X射線源Swift J0243.6+6124的基頻電子回旋吸收線（圖片取自該成果的論文） 

　　圖2：慧眼衛星觀測吸積脈沖星藝術圖，延展很遠的藍色結構的是偶極磁場，中子星附近的紅色結構是多極磁場。 能譜擬合中回旋線吸收線會在146 keV處產生吸收結構，擬合殘差如圖所示，顏色代表光子能量。（圖片來自高能所）。