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內 容： 由本校胡欽評副教授領銜的國際合作研究成果，發表於國際頂尖學術期刊《自然》（Nature），其中胡欽評副教授為文章的第一作者。本項研究通過X射線望遠鏡對一顆磁星 SGR 1935+2154進行了密集的觀測，並在該磁星發生快速電波爆發的前後九小時內，首次觀測到兩次自轉速率增加的現象（稱為"glitch"），這一發現為解開快速電波爆發背後的機制提供了重要的里程碑。除胡欽評副教授外，研究團隊包括日本京都大學的榎戶輝揚副教授、美國太空總署（NASA）哥達德太空中心的George Younes博士和Zorawar Wadiasingh博士、萊斯大學的Matthew Baring教授，以及哈弗福德學院的Wynn Ho教授等。 快速電波爆發是一種無線電脈衝現象，持續時間僅約一毫秒。迄今的研究表明，這些脈衝大多源自於銀河系以外，且天文學家已確認了一些快速電波爆發事件所在的遙遠星系。儘管如此，究竟是何種天體引發了這些爆發，以及這些爆發的具體機制，依然是天文學界的一大未解之謎。在2020年4月28日，位於銀河系內的一顆磁星（一種擁有宇宙中最強磁場的中子星）SGR 1935+2154發生了一系列X射線爆發活動，期間一次X射線爆發與快速電波爆發同時被記錄下來。這一發現至少證明了部分快速電波爆發是由磁星引起的，但由於可用的觀測數據有限，這些現象的詳細發生機制仍待進一步揭示。 2022年10月10日，SGR 1935+2154磁星再次展現了頻繁的X射線爆發行為。胡欽評副教授與其國際合作團隊迅速向國際太空站搭載的中子星內部組成探測器（NICER）以及X射線天文衛星NuSTAR 提出了緊急觀測的要求。如同預期，SGR 1935+2154於10月14日發生了快速電波爆發。不過，由於地球的遮擋，在快速電波爆發發生時無法進行X射線的觀測。儘管如此，在爆發前後的密集X射線觀測資料，仍然為我們提供了關於快速電波爆發與X射線爆發之間能量來源的寶貴資訊。 研究團隊對SGR 1935+2154磁星在快速電波爆發前後的自轉速度變化進行了詳細的追蹤，並發現在爆發前後大約9小時內，該星體經歷了兩次所謂的「spin-up glitch」，即自轉速度的急遽增加。這種現象雖然在其他中子星中有過觀測，但在短時間內連續兩次發生且與快速電波爆發相關，卻是首次被記錄。此外，這兩次glitch是迄今為止觀測到的最大級別之一。而在兩次glitch間的9小時，該星體的自轉速度也出現了明顯的減速，這暗示了需要有能量以某種形式被釋放出來。在這個期間，也觀測到了數量極多的短X射線爆發，總體亮度增加，以及快速電波爆發。除了能量之外，也需要有機制將角動量帶離系統，例如強大的恆星風。然而，通過對X射線光譜的分析，研究團隊發現輻射造成的能量損失約佔轉動能量損失的10%甚至更多，這表明除了轉動動能之外，還可能有其他能量來源，例如強大的磁場能量。最後，X射線的活動可能讓磁星的磁球層環境變得更單純，更適合無線電波的輻射，團隊觀察到的光譜變化也與此相吻合。這些發現是天文學家首次在快速電波爆發事件前後通過密集的X射線觀測捕捉到的磁星活動，為我們理解磁星如何引發快速電波爆發提供了新的見解。 來自宇宙深處的快速電波爆發引起了天文學界廣泛的關注。目前，快速電波爆發的產生機制仍然是個謎，它們的來源可能不僅限於磁星，還可能涵蓋其他類型的天體。此次結合無線電波和X射線的多波段觀測，以及對磁星的深入研究，將成為推進未來對快速電波爆發及磁星相關觀測與研究的重要一步。 
圖一、SGR 1935+2154 在快速電波爆發前後的 (a)相位演化、(b) 頻率變化、(c) 頻率時變率的演化、(d) 短X射線爆發的頻率、以及 (e) X射線強度的變化。紅色虛線是快速電波爆發產生的時間，紫色的點虛線及點線則是兩次 glitch 發生的時間。 Glitch 發生時間的誤差約為0.5小時。
圖二、本次研究所發現的現象示意圖。出處： higgstan.com
圖三、藝術家描繪的磁星爆發想像圖。透過將物質噴向太空中，磁星的自轉速度會隨著時間下降。圖中的綠色線條是磁星扭曲的磁場示意圖，這類的磁場往往在劇烈活動中扮演重要的角色 。影像版權: NASA / JPL-Caltech
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