嗝很大的波霎 有史以來最強頻率突變
宇宙中有一種高級的燈塔，叫做脈衝星(波霎)。它是質地緊密的中子星，以旋轉軸爲中心每秒多次快速旋轉，朝太空幅射出電波和伽馬射線。最近，馬克斯-普朗克太空物理學研究所巧妙運用數據分析法，從費米伽瑪射線太空望遠鏡（Fermi Gamma-ray Space Telescope，以下簡稱”Fermi” 望遠鏡）的資料庫中撈出一個非常特殊的伽瑪射線脈衝星。這顆名叫J1838 – 0537的脈衝星很年輕，在電波頻段無訊號，它在受觀測期間曾發出一次很強的頻率突變(glitch)，這是有史以來在「只幅射出伽瑪射線」這類罕見的脈衝星當中所觀測到的最強的一次頻率突變。只幅射出伽瑪射線的「純」伽瑪射線脈衝星，由於在天空中的位置、自旋週期的長短、本身隨時間經過所發生的變化等各種未知情況和因素使然，讓想辨識它的天文研究人員經歷到困難重重，只能由Fermi望遠鏡的巡天觀測的原始資料來判斷脈衝星在天空中的大約位置，像在一片漆黑的汪洋大海中檢查前述特性各種組態，花掉很驚人而大量的計算時間。然而在此之前，要想推估出伽瑪射線光子是在何時抵達探測器的隱性規律，這卻是唯一的途徑。遇上這種費時的計算需求，就連高效能的電腦也很快就山窮水盡，研究員念頭一轉，動用到當初設計用來處理「重力波」資料分析的演算法，藉以協助實現Fermi資料搜尋。新的演算法經過優化(optimize)處理，有了它的協助，很多先前掉失的訊號因此就又被找了回來。2011年11月，「愛因斯坦研究所」團隊（Albert Einstein Institute，簡稱AEI）就一口氣公佈了達9個之多的伽瑪射線脈衝星，全都是因爲使用經過優化的演算法才找到的「漏網之魚」。現在這種方法再次幫助該團隊取得重大發現。新發現的脈衝星位置在靠近盾牌座方向，按天球座標命名，名叫J1838-0537。年齡5000歲，是很年輕的脈衝星。每秒約自旋7次。研究人員在發現它之後，很驚訝的又發現，這顆脈衝星是在2009年以前纔看得到的，2009年之後它就突然消失了。經過很複雜的對比分析後，研究團隊得知，原來J1838-0537這顆脈衝星並未真的消失，只不過，在經過「頻率突變」(glitch)後，它的轉速比先前快了3,800萬分之一秒，這是個微小到幾乎可以忽略的變化，但是以伽瑪射線脈衝星而言，這卻已經是他們曾經量測到的最大一次頻率突變。並且這個突變還有一些後續的影響。研究人員表示，「如果忽略不計這個突然冒出來的頻率突變，8小時後，我們的計算將完全丟失脈衝星的自旋，Fermi上所裝載的探測器將無法確知伽瑪射線光子抵達的自旋相位爲何，中子星的所謂「閃爍」效應也將因而消失。」不過，要是研究人員的計算裡，將頻率突變考慮進去，並且修正自旋的變化值，這顆脈衝星就能再次從觀測數據中現出蹤影了。頻率突變從許多年輕脈衝星身上都可觀測得到，但確切原因不明。天文學家認爲發生在中子星地殼上的「星震」，或發生在恆星內部超流體與地殼間的相互作用可能可以爲這個現象提供一個好的解釋。研究人員表示，這次偵測到的這個強大的脈衝星glitch(頻率突變)，將有助於他們更瞭解這些極致密天體的內部結構。在從Fermi的數據資料中取得上述發現後，研究人員隨後又將一座位於美國維吉尼亞州的綠堤電波望遠鏡指向了這個伽瑪射線脈衝星所在的位置。在近2小時觀察，並進一步分析了早先一次一個小時的觀測結果之後，發現在電波頻段內並未顯示任何有規律性的脈動輻射，因此他們確認，J1838 - 0537是一顆罕見的「純」伽瑪射線脈衝星。雖然在電波波段無訊號顯示，觀測結果卻與主要觀測一些從太空深處幅射出極高能量伽瑪射線的H.E.S.S. 的觀測結果明顯重疊。(H.E.S.S. 是High Energy Stereoscopic System：高能立體系統的簡寫)，在與H.E.S.S.天文學家攜手合作的一次搜查中，曾在新發現的脈衝星附近，偵測到輻射源的延伸，但仍未能澄清其性質。這顆脈衝星的發現表示H.E.S.S.所偵測到的伽瑪射線源爲一「脈衝星風星雲」。星雲是由以近光速的速度運動的粒子所產生的，它在脈衝星極強的磁場中獲得加速。由於目前脈衝星的確切位置已知，所以H.E.S.S.未來可以考慮在這個星區裡進行一些更精確的測量。目前爲止，愛因斯坦研究所的ATLAS集叢已協助發現了10顆前所未知的伽瑪射線脈衝星，目前研究團隊還動員了更多計算力加入他們的行列。自2011年8月以來，Einstein @ Home計劃已爲伽瑪射線巡天搜索計劃貢獻了很大的分散式計算力，甚至比ATLAS集叢的計算能力還高10倍，該研究所的研究員Bruce Allen認爲未來在Fermi資料中「找到更不尋常的伽瑪射線脈衝星」的機會爲「非常樂觀」。目前他們已將搜索目標擴大，其中之一是，能發現旋轉得更快速、週期在毫秒範圍內的伽瑪射線脈衝星。
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圖１: 伽瑪射線脈衝星是一種結構緊密的中子星，在其極強的磁場中，帶電粒子被加速到相對論性速度（注：「相對論性速度」指的是運動速度與光速相近）。圖中可看得出在此過程中產生的伽瑪射線輻射區域（紫色），遠超過了中子星表面以外很遠的地方。從磁極發射出來的電波（綠色）呈錐形。又因爲自旋環掃所經過的區域正好與地球視線方向一致，所以對一名地球上的觀測者來說，看來，脈衝星就像是定期在天空中閃爍着光芒的一座宇宙燈塔。(文／中研院天文網)
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