在浩瀚的已知宇宙中，很少有東西比磁星更令人驚歎。這些恆星具有迷惑性的小尺寸；它們將多個太陽的質量擠進一個不比城市大的球體中。而且它們擁有令人難以置信的強大磁場，比我們星球周圍的磁場強萬億倍。事實上，磁星的磁場非常強大，它可以使恆星表面裂開，釋放出強大的能量爆發，這些爆發可能在數十億光年之外都能看到。儘管具有這些驚人的特性，天文學家們仍不太確定磁星是如何形成的，關於其成因的可能性有很多。“我們有太多的想法，而且我們不確定哪些是正確的，”紐約市熨平板研究所的克里斯托弗·懷特說。現在，研究人員可能已經確定了一條可能的磁星形成途徑，他們發現了一顆異常巨大且具有磁性的恆星，這顆恆星可能正處於形成這些神秘天體的邊緣。
阿姆斯特丹大學的託默·謝納爾和他的同事研究了一對距地球約 3000 光年的恆星，它們統稱為 HD 45166。這對恆星中的一顆先前已被確定為沃爾夫-拉葉星——一種非常罕見、熾熱且巨大的恆星，正處於生命的最後階段。這類恆星已經耗盡了氫燃料，轉而燃燒氦，這使得它們更明亮，併產生強烈的恆星風，可以吹走它們的外層。透過更詳細地研究這顆恆星，謝納爾的團隊發現這是一顆特別不尋常的沃爾夫-拉葉星，其磁場強度為 43,000 高斯。（相比之下，地球的磁場僅為可憐的半高斯，而我們太陽的磁場僅為單高斯。）這使得這顆質量是我們太陽兩倍的恆星成為有史以來發現的最具磁性的巨大恆星。“我們從未在這些型別的恆星中探測到磁場，”謝納爾說。“結果證明它具有極其強大的磁場，並且是成為磁星的首要候選者。”這項研究今天發表在《科學》雜誌上。
謝納爾的團隊使用位於夏威夷莫納克亞山的加拿大-法國-夏威夷望遠鏡，以及來自巴西國家天體物理實驗室、智利拉西拉天文臺和西班牙加那利群島羅克德洛斯穆查喬斯天文臺的資料，透過一種稱為塞曼-多普勒成像的過程研究了這顆恆星，該過程可以從磁性賦予恆星光偏振的細微變化中梳理出恆星磁場的細節。然後，研究人員對沃爾夫-拉葉星的歷史進行了建模，以更好地瞭解其非凡的磁場是如何形成的，並發現這顆恆星很可能是兩顆富氦恆星合併的結果。“我們認為這是一個相當複雜的合併，”謝納爾說——一個可能涉及一顆富氦的低質量恆星螺旋式進入一顆伴星紅超巨星膨脹的恆星大氣層的過程。德國波茨坦大學的莉迪亞·奧斯基諾娃是這篇新論文的合著者，她說，合併過程中兩顆原恆星的快速旋轉會加速合併後恆星的磁場，“將其放大到很高的程度”。“這是一種新型天體，”她說。
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磁星——在我們星系中只知道約 30 顆——是一種中子星，這是一個巨大的恆星結束生命後留下的殘餘核心。中子星是恆星演化的最後階段，是垂死的大質量恆星如果不重到足以進一步坍縮形成黑洞所能達到的“最後一站”。許多中子星是透過超新星誕生的——這類中子星是在恆星爆炸死亡後留下的一個直徑僅約 10 英里的緻密、壓縮的核心時產生的。這種極端的壓縮——以及核心旋轉的相應增強，使其每秒旋轉幾十次——原則上可以使任何預先存在的磁場增壓，達到磁星測量的水平：約 100 萬億高斯。
這是一個如此強大的磁場，它可以扭曲原子中電子的軌道；例如，在磁星的磁場中，氫原子被壓縮了約 200 倍。如果將這樣一顆磁星放置在月球繞地球執行的軌道上，它將擦除地球上大多數信用卡和硬碟驅動器上的資料。如果你接近磁星 600 英里以內，你體內原子的結構就會變得扭曲，以至於你基本的生物化學過程會崩潰——立即導致死亡。即使是磁星本身也在這種磁場的控制下掙扎。“磁場會產生如此大的應力，以至於它會使恆星的地殼破裂，”阿姆斯特丹大學的傑森·赫塞爾斯說，“從而導致大規模的星震，釋放出大量能量。”
根據他們的建模，謝納爾和他的團隊提出，在幾百萬年後，HD 45166 中異常磁性的沃爾夫-拉葉星將以形成中子星的超新星結束其生命，從而產生一顆全新的磁星。但其他專家尚未確信。馬里蘭大學的科爾·米勒說，雖然對沃爾夫-拉葉星磁場的測量“似乎是可靠的”，但他並不完全確定這顆恆星會變成中子星。由於它們強大的恆星風，沃爾夫-拉葉星通常會在消亡之前損失大量質量。但如果 HD 45166 中的那顆恆星沒有損失足夠的質量，它“可能會變成黑洞，而不是中子星，”他說。然而，如果損失了足夠的質量，磁星的產生將“幾乎是不可避免的，”懷特說。“磁場不可能消失。當你坍縮到中子星的大小時，它必然會被放大。”
天文學家尚未設法測量許多中子星的磁場，但理論計算表明，其中約有 10% 到 40% 可能是磁星。為什麼有些中子星會發展出超強磁場，而另一些則不會，這是一個懸而未決的問題。HD 45166 中的沃爾夫-拉葉星的情況被認為是一個特別不尋常的例子，並不代表所有磁星都會遵循的路徑。磁星也可能來自中子星的合併，或者來自一顆因特別靠近軌道的伴星而加速旋轉的中子星。“如果這是製造磁星的唯一方法，我會感到有點驚訝，”赫塞爾斯說。但這為我們理解磁星是如何形成的提供了一個重要的資料點，或許可以找到其他類似的沃爾夫-拉葉星。“到目前為止，這是磁星直接前身星的最佳例證，”加拿大皇家軍事學院的格雷格·韋德說，他是這篇新論文的合著者。
磁星也被認為是某些快速射電暴 (FRB) 的原因，快速射電暴是強大的但短暫的無線電波爆發，觀測者發現這些爆發來自散佈在宇宙中的神秘來源。磁星如何產生 FRB 尚不確定，但像 HD 45166 這樣的系統可能為解決這個謎題提供有用的線索。“我們至少有一個案例表明 FRB 源可能位於雙星系統中，”赫塞爾斯說，並指出這種現象與 HD 45166 等系統之間可能存在聯絡。
不幸的是，幾百萬年的時間太長了，沒有人能夠親自看到 HD 45166 這顆奇異的恆星是否以及如何誕生一顆磁星。但這個案例確實建立了一條通往這些令人敬畏的天體的可能途徑——以及我們對它們的更深入的理解。沒有人“能夠解釋為什麼磁星是宇宙中最強大的磁體，”韋德說。現在我們可能知道其中一顆將是如何產生的。