新生中子星内部对流区中磁场线的3D快照

磁星是具有宇宙中观察到的最强磁场的中子星，但它们的起源仍存在争议。在《科学进展》上发表的一项研究中，来自CEA，萨克雷，马克斯·普朗克天体物理学研究所(MPA)和巴黎地球物理研究所的科学家团队开发了一种新的，史无前例的详细计算机模型，该模型可以解释当巨大旋转的中子星在坍缩的大质量恒星中诞生时，这些巨大的磁场通过放大先前存在的弱场而产生。这项工作为了解此类恒星最强大，最发光的爆炸打开了新的途径。

磁石：它们是什么?

中子星是紧凑的物体，在约12公里半径内包含一到两个太阳质量。其中，磁星的特征是X射线和伽马射线的爆发发射。与这些强烈辐射爆发相关的能量可能与超强磁场有关。因此，由于增强的磁制动作用，磁星应该比其他中子星旋转得更快，并且对其旋转周期演变的测量已经证实了这种情况。因此，我们推断出磁星的偶极子磁场约为1015高斯(G)，即比典型的中子星强1000倍!尽管现在已经很好地确定了这些巨大磁场的存在，但它们的起源仍存在争议。

它们如何形成?

通常，中子星是在质量超过9个太阳质量的大质量恒星的铁芯坍塌后形成的，而恒星的外层则在称为核塌陷超新星的巨大爆炸中被驱逐到星际空间。因此，一些理论假设中子星和磁场的磁场可以从它们的祖星继承而来，这意味着这些磁场可以完全由坍塌前铁芯的磁化强度确定。然而，这种假设的问题在于，恒星中非常强的磁场可能会使恒星芯的旋转减速，从而使来自此类磁化恒星的中子星仅缓慢旋转。

“这让我们无法解释超新星爆炸和持续时间长伽马射线暴，在快速旋转的中子星的巨大能量星或快速旋转的黑洞被认为是巨大能量的来源中心”的言论队员H. -MPA的Thomas Janka。因此，一种替代机制似乎更有利，其中在中子星自身形成过程中可能会产生极端磁场。

为了测试中子星的这种可能性，研究人员团队使用了法国国家高等教育中心的超级计算机来模拟新生的，非常热且快速旋转的中子星的对流。实际上，他们通过这种新的建模方法(比以前使用的任何其他处理方法都更详细)发现，对于足够快的旋转周期，可以将弱的初始磁场放大到达到1016 G的值(见图1)。

该出版物的主要作者，CEA的拉斐尔·雷瑙德(RaphaëlRaynaud)说：“我们的模型表明，旋转周期短于大约8毫秒，比慢速旋转更有效。“慢速旋转的模型不会显示出这种强大的发电机所创造的广阔领域。”

最大的宇宙炸弹?

这些结果不仅为银河系磁星的形成提供了照明，而且为了解大质量恒星最强大，最发光的爆炸开辟了新途径。例如，超发光超新星发出的光比普通超新星多一百倍，而其他超新星则以动能大十倍为特征，有时还伴随着持续数十秒的伽马射线爆发。这些巨大的爆炸使我们难以想象非标准过程必须从“中央发动机”中提取大量能量。

对于这种极端事件的中央引擎，“毫秒磁石”方案目前是最有前途的模型之一。它将快速旋转的中子星的旋转能量视为增加爆炸能量的附加储能器。通过施加制动扭矩，强大的1015 G偶极子磁场可以将中子星的旋转能量传递给爆炸。“要使这种机制有效，磁场强度必须在1015 G左右，”合著者CEA萨克雷的杰罗姆·吉莱特(JérômeGuilet)解释说。“这与对流发电机在毫秒旋转周期内达到的值非常匹配”(见图2)。

到现在为止，毫秒的主要弱点磁星情景是假设一个特设的磁场，独立的快速旋转速度的中子明星。因此，研究小组获得的结果提供了理论上的支持，而这种支持却不足以为宇宙中最强的爆炸提供动力。

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