2021年度邵逸夫天文學獎平均頒予維多利亞・卡士比 (Victoria M Kaspi) 和赫里莎・庫韋利奧圖 (Chryssa Kouveliotou)，以表彰她們對理解磁星作出貢獻。磁星是一種高度磁化的中子星類別，與很多壯觀瞬變天體物理學現象有關。她們開發了新穎和精確的觀測技術，從而證實具有超強磁場的中子星存在，並描繪出它們的物理特性。她們已將磁星確立為一種嶄新而又重要的天體類別。維多利亞・卡士比是加拿大麥吉爾大學物理學教授暨麥吉爾太空研究所所長。赫里莎・庫韋利奧圖是美國喬治華盛頓大學物理系教授暨系主任。

中子星是恆星爆炸後的超壓縮殘餘物。它們大多數快速自轉，週期從毫秒到秒，並發出強大的電磁輻射光束 (表現為脈衝星)。因此，它們是精確的「宇宙時鐘」，可以讓人們在引力場比地球強幾十億倍的情況下進行基本物理測試。有關脈衝星的研究取得了兩次諾貝爾物理學獎(1974年和1993年)。

脈衝星也具有很強的磁場，當前身星塌縮成中子星時，磁場線被 「凍結」在星體殘餘物中。這些磁場引導粒子流從磁偶的兩極噴出。但是傳統的射電脈衝星主要由旋轉能量提供動力，而其旋轉速度在其生命週期慢慢耗減。

卡士比和庫韋利奧圖的研究是受到理論預測 (鄧肯和湯普森於1992年發表) 的啟發，超新星核心發生引力塌縮形成中子星，假如在塌縮後的最初幾秒鐘內，發電機的作用是有效的話，中子星可以具有巨大磁場，比常規脈衝星的磁場強千倍。此物體 (稱為「磁星」) 儲存巨大磁能，從而可以獲取動力，而不是靠旋轉提供；並且預計在磁星中心產生帶電粒子對，從而觸發高能伽馬射線爆發。

赫里莎・庫韋利奧圖和她的同事在1998至1999年間對稱為「軟伽瑪射線重複爆發源」(SGRs) 的X射線/ γ射線源類別進行觀測，證實磁星的存在，並為磁星模型，提供了令人讚嘆的證據。庫韋利奧圖開發用於X射線波長的脈衝星計時的新技術，將其應用於來自羅西X射線計時衛星 (RXTE) 的數據上，於1998年SGR 1806-20的持續射線中，檢測到7.5秒週期的X射線脈衝。然後，她測量了脈衝星的降速率，並取得脈衝星的年齡和磁偶極強度，磁場在預測範圍內，接近10¹⁴高斯 (即10¹⁰ T)。由於脈衝信號微弱，又需要為多個時段的旋轉相位 作出校準，因此降速測量極具挑戰性。

維多利亞・卡士比 (Victoria Kaspi) 證明第二類發射X射線的稀有脈衝星，即「異常X射線脈衝星」(AXP)，它們也是磁星 (加夫里爾等於2002年發表)。卡士比從射電天文學家在脈衝星計時中常用的方法出發，克服了巨大的技術難題，把相位相干性技巧推廣到X射線領域。這容許她可以在數月至數年的時間間隔上，維持相位相干，從而對 X射線脈衝星進行非常精確的定時測量，因此可以測量出比SGR 1806-20還要低的降速率。卡士比闡明了磁星與經典射電脈衝星的關係，因此對整個磁星類屬的特性描述作出了根本性的貢獻 (奧勞森和卡士比於2014年發表)。她的工作鞏固了我們對磁星的認知，確定它們是不同源類。如今，磁星慣常地被引用來解釋各種天體物理瞬變現象，包括γ射線爆發、超高光度的超新星和新生的中子星。

磁星探測到地球上無法遇到的極端物理狀況，例如強大重力、超核 密度，和宇宙中最強的磁場。在這種高能量環境中，粒子和反粒子從真空產生，因此為廣義相對論和量子電動力學提供了進行測試的 獨特可能。在2020至2021年，首次證實了銀河系磁星與毫秒級射電發射爆發，即所謂快速電波爆發 (FRB) 的關聯 (加拿大氫強度測繪 實驗 / 快速電波爆發等於2020年發表；尤尼斯等於2021年發表)。 這些結果表明「閃耀」的磁星可能是一種強大的引擎，驅動了在銀河系之外發生的一些壯觀快速電波爆發。未來的研究必然進一步闡明這些令人振奮的發現。

2021年度邵逸夫獎表彰維多利亞・卡士比和赫里莎 ・庫韋利奧圖在理解磁星、脈衝星和γ射線爆發的神秘特性方面所作出的重大貢獻。

邵逸夫天文學獎遴選委員會

2021年6月1日  香港