物理与天文学院博士研究生完成对脉冲星晕的系列研究工作
脉冲星是高速自转的中子星，由核塌缩型超新星生成，所以对于年龄千年左右的年轻脉冲星它们通常位于超星系遗迹中。同时由于它们有较强星风，会在它们周围伴随有脉冲星风云。脉冲星及周围弥散的星风云或超新星遗迹形成了对于脉冲星描述的典型图像。然而到了2017年，国际高海拔水切伦科夫探测器（HAWC）在年龄十万年以上的中年脉冲星Geminga和Monogem周围探测到弥散的、能量在兆兆（1012 ）电子伏特（简称TeV）的甚高能辐射，这一发现则为脉冲星添加了新的组成部分。这种弥散辐射现被称为脉冲星晕。目前研究认为它们是从脉冲星风云中逃逸的甚高能粒子经过数十万年的扩散，在脉冲星周围形成的扩展结构。理论上对它们的具体形成机制尚无定论，而观测上对更多脉冲星晕的发现研究则能为理解它们的物理特性提供更多的线索。
图1. 左图是分析国际费米空间望远镜数据得到的辐射显著性天图，其中脉冲星PSR J0631+1036的伽马射线辐射被完全去除，在该脉冲星位置处显著性接近于零表明不存在明显的脉冲星风云的辐射。右图是PSR J0631+1036与Geminga在多能段上的辐射性质对比，显示出高度相似性。最左部黑色区域是该脉冲星关联的脉冲星晕的能谱（相比于略下方作为Geminga晕的红色区域）。
随着国际、国内大型甚高能观测设备的持续运行和观测，特别是我国高海拔宇宙线观测站（LHAASO）的全面运行，越来越多的辐射集中在兆兆电子伏特的甚高能源被发现。这为认证发现更多的脉冲星晕提供了可能。为了能成功认证脉冲星晕，必须排除脉冲星的强辐射和周围脉冲星风云的可能辐射。郑冬和导师王仲翔采用了他们发展的测时分析手段对脉冲星的脉冲辐射进行了去除（图1），然后再通过探测到的能谱特征排除脉冲星风云的可能性（图2）。利用这一套方法，他们首先发现和脉冲星PSR J0631+1036关联的甚高能源1LHAASO J0631+1040（3HWC J0631+107）是可能的脉冲星晕。其后在两项工作中用同样方法陆续认证了近10颗类似的甚高能源为脉冲星晕。
利用认证发现的脉冲星晕，结合之前所发现的Geminga和Monogem晕，他们还分析了这些晕的特性。其中主要结果为脉冲星晕的甚高能光度与脉冲星自转能损失率近乎正相关（图2，左）；由于脉冲星本身及相关辐射的能量应该由它们的自转能提供，这一相关性符合预期并证明了这些甚高能源应该属于脉冲星晕。另外，他们还分析了脉冲星晕和脉冲星风云的甚高能能谱性质的区别（图2，右），后者辐射集中在低能段、1-25 TeV（谱指数> 2），而前者辐射集中在大于25 TeV能段上且在1-25 TeV段谱指数小于2。这一区别可以被用来区分两者，帮助发现更多的脉冲星晕。
图2. 左图显示脉冲星晕甚高能光度与脉冲星自转能损失率之间的相关关系。右图显示脉冲星晕与甚高能脉冲星风云辐射谱指数对比。可以看出脉冲星晕如在1-25 TeV段被探测到，绝大多数谱指数（由横轴显示）小于2（相比于浅灰色点、脉冲星风云的谱指数多大于2）。包括当没被在1-25 TeV上探测到的，脉冲星晕在25-100 TeV段的谱指数（竖轴显示）均约大于3。
该系列工作以3篇论文的形式发表在国际天体物理核心期刊《天体物理期刊》（The Astrophysical Journal）上。云南大学博士研究生郑冬为系列论文的第一作者，王仲翔研究员为通讯作者，中国科学院上海天文台邢祎副研究员也为论文工作做出重要贡献。该系列工作得到云南省基础研究重点项目、国家自然科学基金项目、以及云南大学第十五届研究生科研创新项目的支持。
论文连接：
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acf571
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acffbb
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad496d
