磁星的大尺度磁场究竟以偶极结构为主,还是需要引入显著的磁场扭曲才能解释观测数据?对此,中国科学院新疆天文台的一项最新研究给出了新的线索。
磁星是一类具有超强磁场的中子星,其磁场强度远超普通中子星,是宇宙中研究强磁场物理的重要天然实验室。随着磁星自转,磁轴在天空中的投影方向不断变化,从而使观测到的 X 射线偏振角随自转相位发生规律性变化。因此,相位分辨偏振观测可以为研究磁星的辐射几何和磁场结构提供重要信息。
中国科学院新疆天文台脉冲星研究团队的李彪鹏博士在高志福研究员的指导下,利用成像 X 射线偏振探测器(IXPE)的相位分辨偏振观测数据,对磁星 1E 2259+586 和 1E 1547.0−5408 的辐射几何进行了统一的贝叶斯分析,该分析法是利用观测数据更新不同模型的可信程度,并定量比较哪一种模型更受数据支持。
研究发现,两颗磁星当前的 X 射线偏振角变化均可由大尺度偶极磁场主导的几何模型充分解释,现有数据尚不要求引入显著的全局磁场扭曲。相关成果发表于《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal, 1008:40, 2026)。
研究人员选取偏振性质明显不同的两颗磁星进行比较。1E 2259+586 的平均 X 射线偏振较弱,而 1E 1547.0−5408 具有较高的偏振度和清晰的偏振角变化。分析分别采用经典旋转矢量模型和加入一阶磁场扭曲修正的模型,并结合贝叶斯证据和信息准则比较两种模型。结果显示,对于 1E 2259+586,加入扭曲修正后拟合有所改善,但统计证据不足以确认显著的全局扭曲;对于 1E 1547.0−5408,两种模型的拟合效果基本相当,经典的偶极主导几何模型已能够较好描述其 X 射线偏振角变化。
该研究建立了一个统一的贝叶斯模型比较框架,为利用 X 射线偏振角约束磁星辐射几何、检验大尺度磁场偏离偶极结构的程度提供了新的分析思路。未来,更高灵敏度的 X 射线偏振观测以及多历元数据将有助于进一步提高对磁星磁场几何的约束能力。

两颗磁星的相位分辨 X 射线偏振位置角及其后验预测分布。
上图为磁星 1E 2259+586,下图为磁星 1E 1547.0−5408。蓝色虚线和浅蓝色阴影分别表示经典旋转矢量模型(CRVM)的后验中位数和 68% 可信区间,绿色实线和浅绿色阴影分别表示加入一阶磁场扭曲修正的旋转矢量模型(MRVM)的后验中位数和 68% 可信区间。红色数据点为 IXPE 偏振观测结果;对于 1E 2259+586,灰色数据点表示偏振度低于 99% 置信水平下最低可探测偏振度(MDP₉₉)的相位区间,这些数据点未用于几何模型拟合。


