磁星

已知最强的磁体，以及其中一颗闪耀整个银河系的那一天

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城市大小的磁铁

磁星是拥有已知最强磁场的中子星。SGR 1806-20 的磁场约为 2×10¹⁵ 高斯：是地球磁场的四千万亿倍。

中子星是大质量恒星的核心坍缩后剩下的东西：约 1.4 倍太阳质量挤在一个直径约 24 公里的球里。大多数中子星的磁场约为地球的一万亿倍。在已知的约 3000 颗中子星中，约有 30 颗的磁场还要再强一百到一千倍。它们被称为磁星。

SGR 1806-20 位于人马座，距离约 28000 光年，是最强的磁星之一。它的磁场约为 2×10¹⁵ 高斯。地球的磁场是半个高斯，冰箱磁铁约一百高斯，而有史以来最强的稳态磁体，在美国国家强磁场实验室，是 455000 高斯。

离磁星这么近，连原子本身都会被沿着磁场挤成细针。即使在 1000 公里外，磁场仍有几十亿高斯，足以扭曲任何生物的原子。

缓慢而不断刹车的自转

大多数年轻的中子星每秒自转许多圈。磁星转得很慢，每 2 到 12 秒一圈，因为它们巨大的磁场就像刹车：恒星转动时，磁场把带电粒子甩进太空，这些粒子带走了它的自转。

扭曲的磁场

人们认为，星体内部的磁场更强、更纠缠。它向外挤出时，会扭曲恒星上方的磁力线，并拉紧磁力线扎根的固体外壳。

中子星的外壳是一层约一公里厚的固体壳，由富含铁的原子核构成的晶格，比钢坚固得多。磁场穿过它，并扎根在其中。

人们认为，磁星内部的磁场更强，而且纠缠。多年来它慢慢向外挤出，拖拽外壳，扭曲在表面上方成环的磁力线。扭曲的磁力线携带电流，电流加热外壳：磁星在 X 射线下的亮度超过它减慢的自转所能提供的能量。为它们提供能量的是磁性，而不是自转。

这里显示的扭曲是为说明想法而画的，依据的是主流解释（Thompson、Lyutikov 和 Kulkarni 2002）。谁也看不见磁场本身。

星震

当应力太大时，外壳就会破裂。每次星震都会震动磁场，发出持续约十分之一秒的 X 射线和伽马射线爆发。

磁星最初就是因这些爆发而被注意到的。1979 年，卫星捕捉到来自天空同一位置的短暂、重复的伽马射线爆发，它们的源被称为软伽马射线重复暴：这就是 SGR 1806-20 中的 SGR。

一次典型的爆发持续约十分之一秒，释放的能量相当于太阳几天到几个月的输出，主要是 X 射线。磁星苏醒时，可能在几周内爆发数百次，然后沉寂多年。最受认可的解释是：外壳在磁场的应力下断裂，就像地震时的大地，而其上方的磁力线骤然弹成新的形状，释放出能量。

裂缝和爆发是示意画出的，放慢了六倍。

巨耀发

2004 年 12 月 27 日，SGR 1806-20 一下子全部释放。在五分之一秒里，从 28000 光年外看，它比地球上看到的满月还亮：这是有史以来从太阳系外看到的最亮闪光。

巨耀发于世界时 21:30 到达地球。它几乎全是肉眼看不见的伽马射线，但在五分之一秒内，它带给地球的能量比满月的光还多（Palmer 等 2005）。它几乎让太空中所有的伽马射线探测器饱和，甚至扰动了地球的高层大气——电离层。

人们认为，它发生在磁场的一大部分积蓄多年应力之后断裂，并一下子弹成新形状之时，以相当大比例的光速抛出一团物质。

闪光是伽马射线，画成淡紫色，放慢了约五倍。

脉动的尾巴

闪光之后，一个被磁场困住的火球发光了约六分钟，每当恒星每 7.56 秒的自转把它转向我们时就变亮。

第一次闪光持续了五分之一秒。随后是一段较柔和的辉光，在约 380 秒内逐渐熄灭，每 7.56 秒起伏一次：正是恒星自身的自转。

解释是一个被困的火球：一团温度达数亿度的电子、正电子和伽马射线，被困在表面正上方磁场的闭合环里。它自身的压力会让它瞬间炸开；只有这么强的磁场才能困住它。它从外向内冷却，辉光逐渐减弱，同时恒星的自转让它时而转向地球、时而转开。

这里的火球画在恒星的一侧；它的真实形状未知。尾巴的播放速度约为实际的四倍。

恒星鸣响

在尾巴中，X 射线以固定的频率闪烁，每秒 18 到 1840 次：外壳仍在因星震而颤动，就像被敲响的钟。

精确计时尾巴 X 射线的卫星发现，它们以固定频率闪烁：每秒 18、26、30、92、150、625 和 1840 次（Israel 等 2005；Strohmayer 和 Watts 2006）。1998 年 SGR 1900+14 的巨耀发中也曾发现过类似的一组频率。

它们符合中子星外壳来回扭动的方式，一半与另一半反向扭转，正如地震学家通过解读地震后地球的鸣响来了解地球内部。这是人类第一次能这样探测中子星的内部。

这些频率是我们听得见的音高。打开声音时，它们在这里以音调播放；音量是示意的。外壳的扭动放慢画出，便于眼睛跟上。

重元素

耀发也抛出了物质。约十分钟后，一道微弱的伽马射线辉光表明其中含有新造出的重元素：约为地球质量的三分之一。

耀发以相当大比例的光速抛出了一团富含中子的物质。天文学家重新审视旧记录时，发现了一道较晚、较暗的伽马射线辉光，在闪光约十分钟后最亮。

它的亮度和时间变化符合新造出的重原子核的放射性衰变：快速中子俘获，即 r 过程，它造出金、铂和铀。约造出了太阳质量的百万分之一，即地球质量的三分之一（Patel 等 2025）。这样的巨耀发可能造出银河系中百分之一到十的最重元素；其余大部分来自中子星碰撞。

云团画成一层发着金光的壳；它的真实形状未知。

来自银河系内的射电暴

2020 年 4 月 28 日，另一颗磁星 SGR 1935+2154 发出一次 X 射线爆发和一道不到千分之一秒的射电波闪光：这是在银河系内部看到的第一次快速射电暴。

快速射电暴是持续几毫秒的射电波闪光，2007 年首次发现。人们已看到数千次，几乎都来自其他星系，而它们从何而来一直是个谜。

2020 年 4 月 28 日，两台射电望远镜——加拿大的 CHIME 和美国的 STARE2——捕捉到来自约 30000 光年外 SGR 1935+2154 的一次射电暴，与它的一次 X 射线爆发同时发生。它以相隔 29 毫秒的两道闪光到来。若从另一个星系看，它会像一次微弱的快速射电暴：那些遥远的闪光中至少有一部分来自磁星。

射电波看不见；这里画成绿色，放慢了约三十倍。

渐渐熄灭

磁星很年轻：它们的磁场在约 10000 年内就会衰减。之后爆发停止，这颗星作为一颗安静的中子星继续存在。

已知的磁星约有 30 颗，全都在银河系或它的伴星系大麦哲伦云中。它们位于年轻星团和超新星遗迹附近，年龄超过几千年的很少。其中一颗位于 16000 光年外的星团 Westerlund 1，诞生自一颗约 40 倍太阳质量的恒星。

磁场衰减并释放它的扭曲时，会加热恒星并为爆发提供能量。约一万年后，剩下的磁场已不足以让外壳破裂。磁星减慢、冷却并逐渐熄灭，成为人们认为充满银河系的数亿颗安静中子星之一。

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