在浩瀚的已知宇宙中，很少有东西比磁星更令人惊叹。这些恒星具有迷惑性的小尺寸；它们将多个太阳的质量挤进一个不比城市大的球体中。而且它们拥有令人难以置信的强大磁场，比我们星球周围的磁场强万亿倍。事实上，磁星的磁场非常强大，它可以使恒星表面裂开，释放出强大的能量爆发，这些爆发可能在数十亿光年之外都能看到。尽管具有这些惊人的特性，天文学家们仍不太确定磁星是如何形成的，关于其成因的可能性有很多。“我们有太多的想法，而且我们不确定哪些是正确的，”纽约市熨平板研究所的克里斯托弗·怀特说。现在，研究人员可能已经确定了一条可能的磁星形成途径，他们发现了一颗异常巨大且具有磁性的恒星，这颗恒星可能正处于形成这些神秘天体的边缘。
阿姆斯特丹大学的托默·谢纳尔和他的同事研究了一对距地球约 3000 光年的恒星，它们统称为 HD 45166。这对恒星中的一颗先前已被确定为沃尔夫-拉叶星——一种非常罕见、炽热且巨大的恒星，正处于生命的最后阶段。这类恒星已经耗尽了氢燃料，转而燃烧氦，这使得它们更明亮，并产生强烈的恒星风，可以吹走它们的外层。通过更详细地研究这颗恒星，谢纳尔的团队发现这是一颗特别不寻常的沃尔夫-拉叶星，其磁场强度为 43,000 高斯。（相比之下，地球的磁场仅为可怜的半高斯，而我们太阳的磁场仅为单高斯。）这使得这颗质量是我们太阳两倍的恒星成为有史以来发现的最具磁性的巨大恒星。“我们从未在这些类型的恒星中探测到磁场，”谢纳尔说。“结果证明它具有极其强大的磁场，并且是成为磁星的首要候选者。”这项研究今天发表在《科学》杂志上。
谢纳尔的团队使用位于夏威夷莫纳克亚山的加拿大-法国-夏威夷望远镜，以及来自巴西国家天体物理实验室、智利拉西拉天文台和西班牙加那利群岛罗克德洛斯穆查乔斯天文台的数据，通过一种称为塞曼-多普勒成像的过程研究了这颗恒星，该过程可以从磁性赋予恒星光偏振的细微变化中梳理出恒星磁场的细节。然后，研究人员对沃尔夫-拉叶星的历史进行了建模，以更好地了解其非凡的磁场是如何形成的，并发现这颗恒星很可能是两颗富氦恒星合并的结果。“我们认为这是一个相当复杂的合并，”谢纳尔说——一个可能涉及一颗富氦的低质量恒星螺旋式进入一颗伴星红超巨星膨胀的恒星大气层的过程。德国波茨坦大学的莉迪亚·奥斯基诺娃是这篇新论文的合著者，她说，合并过程中两颗原恒星的快速旋转会加速合并后恒星的磁场，“将其放大到很高的程度”。“这是一种新型天体，”她说。
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磁星——在我们星系中只知道约 30 颗——是一种中子星，这是一个巨大的恒星结束生命后留下的残余核心。中子星是恒星演化的最后阶段，是垂死的大质量恒星如果不重到足以进一步坍缩形成黑洞所能达到的“最后一站”。许多中子星是通过超新星诞生的——这类中子星是在恒星爆炸死亡后留下的一个直径仅约 10 英里的致密、压缩的核心时产生的。这种极端的压缩——以及核心旋转的相应增强，使其每秒旋转几十次——原则上可以使任何预先存在的磁场增压，达到磁星测量的水平：约 100 万亿高斯。
这是一个如此强大的磁场，它可以扭曲原子中电子的轨道；例如，在磁星的磁场中，氢原子被压缩了约 200 倍。如果将这样一颗磁星放置在月球绕地球运行的轨道上，它将擦除地球上大多数信用卡和硬盘驱动器上的数据。如果你接近磁星 600 英里以内，你体内原子的结构就会变得扭曲，以至于你基本的生物化学过程会崩溃——立即导致死亡。即使是磁星本身也在这种磁场的控制下挣扎。“磁场会产生如此大的应力，以至于它会使恒星的地壳破裂，”阿姆斯特丹大学的杰森·赫塞尔斯说，“从而导致大规模的星震，释放出大量能量。”
根据他们的建模，谢纳尔和他的团队提出，在几百万年后，HD 45166 中异常磁性的沃尔夫-拉叶星将以形成中子星的超新星结束其生命，从而产生一颗全新的磁星。但其他专家尚未确信。马里兰大学的科尔·米勒说，虽然对沃尔夫-拉叶星磁场的测量“似乎是可靠的”，但他并不完全确定这颗恒星会变成中子星。由于它们强大的恒星风，沃尔夫-拉叶星通常会在消亡之前损失大量质量。但如果 HD 45166 中的那颗恒星没有损失足够的质量，它“可能会变成黑洞，而不是中子星，”他说。然而，如果损失了足够的质量，磁星的产生将“几乎是不可避免的，”怀特说。“磁场不可能消失。当你坍缩到中子星的大小时，它必然会被放大。”
天文学家尚未设法测量许多中子星的磁场，但理论计算表明，其中约有 10% 到 40% 可能是磁星。为什么有些中子星会发展出超强磁场，而另一些则不会，这是一个悬而未决的问题。HD 45166 中的沃尔夫-拉叶星的情况被认为是一个特别不寻常的例子，并不代表所有磁星都会遵循的路径。磁星也可能来自中子星的合并，或者来自一颗因特别靠近轨道的伴星而加速旋转的中子星。“如果这是制造磁星的唯一方法，我会感到有点惊讶，”赫塞尔斯说。但这为我们理解磁星是如何形成的提供了一个重要的数据点，或许可以找到其他类似的沃尔夫-拉叶星。“到目前为止，这是磁星直接前身星的最佳例证，”加拿大皇家军事学院的格雷格·韦德说，他是这篇新论文的合著者。
磁星也被认为是某些快速射电暴 (FRB) 的原因，快速射电暴是强大的但短暂的无线电波爆发，观测者发现这些爆发来自散布在宇宙中的神秘来源。磁星如何产生 FRB 尚不确定，但像 HD 45166 这样的系统可能为解决这个谜题提供有用的线索。“我们至少有一个案例表明 FRB 源可能位于双星系统中，”赫塞尔斯说，并指出这种现象与 HD 45166 等系统之间可能存在联系。
不幸的是，几百万年的时间太长了，没有人能够亲自看到 HD 45166 这颗奇异的恒星是否以及如何诞生一颗磁星。但这个案例确实建立了一条通往这些令人敬畏的天体的可能途径——以及我们对它们的更深入的理解。没有人“能够解释为什么磁星是宇宙中最强大的磁体，”韦德说。现在我们可能知道其中一颗将是如何产生的。