在国家自然科学基金项目（批准号：11633003、11821303）资助下，清华大学天文系冯骅教授领衔的合作团队随卫星发射了“极光计划”空间X射线偏振仪，经过一年的观测，探测到来自蟹状星云及脉冲星的X射线偏振信号，并首次发现了脉冲星自转突变后X射线偏振信号的变化。研究成果以“蟹状星云软X射线偏振的重新探测及可能的时间变化（Re-detection and a possible time variation of soft X-ray polarization from the Crab）”为题，于2020年5月11日在线发表在《自然·天文》（Nature Astronomy）上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41550-020-1088-1。
由于技术困难，几个千电子伏特（keV）能区的天文X射线偏振一直难以测量。上世纪70年代以来，科学界一直没有进行过相关实验。2001年，随着核探测技术的发展，意大利科学家证实了一种新型粒子探测技术可用于高灵敏度X射线偏振测量。2009年，科研团队在国际合作的基础上，开始在国内开展此方面研究，完成了原理验证和性能改进，并研制了空间飞行样机。2018年底，团队抓住机会将探测器发射上天，探测来自蟹状星云及脉冲星的X射线偏振信号。
经过一年的观测，发现了脉冲星自转突变（glitch）后X射线偏振信号的变化。“极光”的观测结果表明，在自转突变后脉冲星磁层发生了变化，从而导致偏振发生改变。脉冲星自转突变的物理机制仍然未知，可能的解释是超流中子涡丝与壳层晶格间突然去钉扎，导致超流中子与壳层之间的角动量交换。对蟹状星云脉冲星而言，星震也可能是触发自转突变的诱因。如果星震发生在极区附近，就有很大可能引起磁层变化。由于脉冲星的高能辐射机制仍未知，极冠区、外间隙区甚至在光速圆柱外都有可能产生。偏振变化说明脉冲星高能辐射区域可能距离脉冲星表面较远，此次结果对脉冲星高能辐射机制的不同模型有限制意义，也可能意味着脉冲星的磁场比想象的更复杂。
该研究通过空间X射线偏振仪探测了来自蟹状星云及脉冲星的X射线偏振信号，证明了新型粒子探测技术切实可行。该技术将应用在我国未来大型空间天文台——增强型X射线时变与偏振空间天文台（eXTP）上。同期杂志的专家来自瑞典皇家理工的莫西·凯斯（Mozsi Kiss）在评论文章里说：“冯骅与合作者结束了天文软X射线偏振测量40年的停滞”。
图1 “极光计划”立方星和探测器结构示意图
图2 《自然·天文》封面故事（题为“一次时间跳变”，描述了“极光计划”的探测经历）