利用澳大利亚SKA探路者望远镜揭示大质量磁星的射电辐射特征——VAST-MeMeS项目拓展非热辐射样本的新发现

本文推荐天文学家利用澳大利亚SKA探路者望远镜（ASKAP）开展VAST-MeMeS项目，系统研究OBA型磁星的射电辐射特性。通过分析巡天数据，新发现14个射电辐射磁星，识别9个主序射电脉冲星（MRP）候选体，并首次在≤1 GHz频段探测到非相干辐射谱延伸现象。研究验证了离心突破（CBO）理论预测的射电光度与磁星参数的相关性（Lrad∝LCBO0.88），表明CBO是驱动磁星非热射电辐射的普适机制，为研究大尺度恒星磁层中的粒子加速过程提供了关键观测依据。

　　

在浩瀚的宇宙中，大质量磁星（光谱型为O、B和A型）因其拥有千高斯强度的表面磁场而显得格外特殊。这类恒星约占总数的10%，它们的磁场不仅强度高，而且结构稳定，与太阳型恒星的动态磁场形成鲜明对比。当恒星风与这些强磁场相互作用时，会形成共转磁层，进而产生非热射电辐射，成为探测恒星磁层物理的重要窗口。然而，长期以来，科学家们对这类辐射的完整特征了解有限，特别是缺乏足够大的样本进行统计分析，阻碍了对磁层粒子加速和辐射机制的深入理解。

传统理论认为，磁星的非热射电辐射主要源于恒星风与磁场的相互作用，但具体机制一直存在争议。近年来，离心突破（Centrifugal Breakout, CBO）理论被提出，认为在离心磁层（Centrifugal Magnetosphere, CM）中，等离子体会通过小型爆发事件突破磁场线，从而触发磁重联并产生射电辐射。这一理论虽然能够解释部分观测现象，但其普适性和细节仍需更多观测数据验证。此外，一类特殊的主序射电脉冲星（Main-sequence Radio Pulse emitters, MRPs）还会产生高度偏振的相干辐射，其机制可能与电子回旋脉泽（Electron Cyclotron Maser Emission, ECME）有关，但样本量太小（仅19个），难以进行统计研究。

为了突破这些瓶颈，由Barnali Das领导的国际团队利用澳大利亚SKA探路者望远镜（Australian SKA Pathfinder, ASKAP）开展了VAST-MeMeS项目（VAST Project to Study Magnetic Massive Stars）。该项目依托ASKAP的“变量与慢变源”（Variables and Slow Transients, VAST）巡天数据，系统搜寻和分析磁星的射电辐射特征。ASKAP具有宽视场（约30平方度）、宽频带（288 MHz）和高灵敏度优势，特别适合探测射电辐射的变偏振性和频谱特性。

研究团队首先构建了一个包含761颗已知磁星的样本库，然后通过交叉匹配和偏振搜索方法，从ASKAP的公开数据中识别射电辐射源。他们采用蒙特卡洛模拟确定了98%可靠性的交叉匹配半径（短曝光6.16角秒，长曝光5.0角秒），并利用RADIOFLUXTOOLS软件进行强制拟合，以获取斯托克斯I和V参数的光变曲线和偏振信息。

通过分析2018年至2024年的数据，团队在843–1656 MHz频段内获得了1109次测量，成功探测到49颗磁星的射电辐射，其中14颗是首次在射电波段被发现。这使得已知射电亮磁星的总数增加到70颗，显著扩展了样本规模。尤其值得注意的是，11颗星位于赤纬-40°以南的天空区域，而此前仅有3颗，展现了ASKAP在南天观测的独特优势。

新发现的射电亮磁星覆盖了更宽的参数空间：磁场强度中值约4 kG，恒星半径中值2.5 R_⊙，旋转周期中值1.4天，有效温度中值13.8 kK。这些样本为统计研究提供了坚实基础。

在非相干辐射方面，团队验证了射电光度（L_rad）与离心突破光度（L_CBO）之间的相关性。L_CBO的计算涉及恒星质量（M）、半径（R）、旋转周期（P_rot）和极向磁场强度（B_d）等参数。通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）分析，得到最佳拟合关系为L_rad = 10^–8.52 L_CBO^0.88，与Keszthelyi等人2024年的结果一致，但斜率略低于Owocki等人2022年提出的线性关系（L_rad = 10^–8 L_CBO）。这表明射电辐射效率略低于先前估计。

研究还发现两个异常源：HD 148937（缺乏离心磁层）和HD 101412（射电超亮）。前者偏离相关关系符合理论预期，后者的异常可能源于频谱指数测量误差或可变性干扰，需后续宽带观测验证。通过偏相关系数分析，团队证实L_rad与L_CBO的强相关性（偏相关系数0.75）独立于有效温度，说明温度或质量损失率并非主导因素，支持CBO理论的单极场假设。

在相干辐射方面，团队基于高圆偏振（>30%）和光变（流量变化因子>2或相位窗口Δφ_rot < 0.16内变化>1.5倍） criteria，筛选出9个MRP候选体，其中6个为新发现。例如，HD 83625、HD 105382和HD 149764已通过澳大利亚致密阵列（ATCA）后续观测确认为MRPs。这些发现将有助于研究ECME机制的温度依赖性（已知T_eff ≥ 19 kK时相干辐射效率降低）。

此外，ASKAP数据首次揭示非相干辐射谱可延伸至≤1 GHz频段，颠覆了过去认为谱转折点在≈1 GHz的假设。例如，多个星的射电谱在1–10 GHz频段呈现下降趋势，表明先前基于平坦谱的光度估算可能存在系统误差。团队还修订了部分星的光度值（如HD 35298、HD 61556和HD 105382），避免相干辐射污染。

本研究的意义在于：第一，大幅扩展了射电亮磁星样本，特别是填补南天空白；第二，验证了CBO理论预测的射电光度关系，支持其作为磁层物理的通用机制；第三，发现低频频谱延伸现象，强调宽带观测对精确光度估算的重要性；第四，提供新的MRP候选体，促进相干辐射研究。未来，需要结合宽频段、多相位观测和精确恒星参数测量，以减小光度不确定性，并探索射电辐射在高温恒星中的"淬灭"效应。

论文发表于《Publications of the Astronomical Society of Australia》，为理解大质量磁星的磁层物理、粒子加速和射电辐射机制提供了里程碑式的进展。