很久以前，在整個(gè)宇宙中，巨大的伽馬射線爆發(fā)在半秒鐘內(nèi)釋放出的能量比太陽(yáng)在整個(gè)100億年的生命中所產(chǎn)生的能量還要多。由西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的天體物理學(xué)小組研究了以光，X射線，近紅外和無(wú)線電波波長(zhǎng)產(chǎn)生的令人難以置信的明亮爆炸后，認(rèn)為它有可能發(fā)現(xiàn)了磁星的誕生。

研究人員認(rèn)為，磁星是由兩個(gè)中子星合并而成的，這是前所未有的。合并產(chǎn)生了一個(gè)光輝的新星，這是有史以來(lái)最明亮的一次，它的光終于在2020年5月22日到達(dá)地球。光首先是伽馬射線爆炸，稱為短伽馬射線爆炸。

西北大學(xué)的文文輝說(shuō)：“當(dāng)兩個(gè)中子星合并時(shí)，最常見(jiàn)的預(yù)測(cè)結(jié)果是它們形成了一個(gè)重中子星，它會(huì)在幾毫秒或更短的時(shí)間內(nèi)坍塌成黑洞。” “我們的研究表明，對(duì)于這種特殊的短伽瑪射線爆發(fā)，重物可能幸存了下來(lái)。它沒(méi)有塌陷成黑洞，而是變成了磁星：具有大磁場(chǎng)的快速旋轉(zhuǎn)的中子星，將能量?jī)A倒入它周?chē)沫h(huán)境，并創(chuàng)造出我們所看到的非常明亮的光芒。”

這項(xiàng)研究已被《天體物理學(xué)雜志》接受，并將于今年晚些時(shí)候在線發(fā)表。

方先生是西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院的物理學(xué)和天文學(xué)助理教授，也是CIERA(天體物理學(xué)跨學(xué)科探索與研究中心)的成員。該研究涉及方的實(shí)驗(yàn)室的兩名本科生，三名研究生和三名博士后研究員。

“正在發(fā)生一種新現(xiàn)象”

在NASA的尼爾·蓋勒斯·斯威夫特天文臺(tái)首次發(fā)現(xiàn)光后，科學(xué)家迅速征募了其他望遠(yuǎn)鏡，包括NASA的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，超大型陣列，WM凱克天文臺(tái)和Las Cumbres天文臺(tái)全球望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，以研究爆炸的后果及其后果。宿主星系。

方的團(tuán)隊(duì)很快意識(shí)到，事情沒(méi)有加起來(lái)。

與X射線和無(wú)線電觀察相比，哈勃探測(cè)到的近紅外發(fā)射太亮了。實(shí)際上，它比預(yù)期的要亮10倍。

這項(xiàng)研究的聯(lián)合研究員，英國(guó)巴斯大學(xué)的Tanmoy Laskar說(shuō)：“隨著數(shù)據(jù)的進(jìn)入，我們正在形成產(chǎn)生所看到的光的機(jī)理的圖片。” “當(dāng)我們獲得哈勃觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，我們必須徹底改變我們的思維過(guò)程，因?yàn)楣砑拥男畔⑹刮覀円庾R(shí)到我們必須放棄傳統(tǒng)思維，并且正在發(fā)生新的現(xiàn)象。然后我們必須弄清楚關(guān)于這些極高能爆炸背后的物理意義是什么。”

磁性怪物

方和她的團(tuán)隊(duì)討論了幾種解釋哈勃看到的異常亮度(稱為短伽馬射線爆發(fā))的可能性。研究人員認(rèn)為，短時(shí)爆發(fā)是由兩個(gè)中子星合并而成的，這兩個(gè)中子星是圍繞著太陽(yáng)質(zhì)量的極其密集的物體，壓縮到像芝加哥這樣的大城市中。盡管大多數(shù)短時(shí)間伽馬射線爆發(fā)可能會(huì)導(dǎo)致黑洞，但在這種情況下合并的兩個(gè)中子星可能已經(jīng)結(jié)合在一起，形成了一個(gè)具有強(qiáng)大磁場(chǎng)的磁星，一個(gè)超大質(zhì)量中子星。

該圖顯示了形成磁動(dòng)力千伏新星的順序，其峰值亮度高達(dá)經(jīng)典新星的10,000倍。1)兩個(gè)繞軌道運(yùn)行的中子星越來(lái)越近地螺旋在一起。2)它們碰撞并合并，引發(fā)爆炸，在半秒鐘內(nèi)釋放出比太陽(yáng)在其整個(gè)百億年壽命中所產(chǎn)生的能量還要多的能量。3)合并形成了一個(gè)更大的中子星，稱為磁星，它具有異常強(qiáng)大的磁場(chǎng)。4)磁星將能量沉積到噴射的物質(zhì)中，使其在紅外波長(zhǎng)下意外地發(fā)光。圖片來(lái)源：NASA，ESA和D. Player(STScI)

Laskar解釋說(shuō)：“基本上，這些固定在恒星上的磁場(chǎng)線以每秒大約1000次的速度旋轉(zhuǎn)，這會(huì)產(chǎn)生磁化的風(fēng)。” “這些自旋場(chǎng)線提取了合并過(guò)程中形成的中子星的旋轉(zhuǎn)能量，并將該能量從爆炸中沉積到噴射器中，使物質(zhì)發(fā)光得更加明亮。”

方說(shuō)：“我們知道存在磁星是因?yàn)槲覀冊(cè)阢y河系中看到了它們。” “我們認(rèn)為，它們中的大多數(shù)是由大質(zhì)量恒星的爆炸性死亡形成的，從而使這些高度磁化的中子星滯后。但是，中子星合并中可能會(huì)形成一小部分。我們以前從未見(jiàn)過(guò)證據(jù)，更不用說(shuō)了在紅外光下，這一發(fā)現(xiàn)變得特別。”

異常明亮的千變新星

通常比經(jīng)典新星亮1000倍的Kilonovae會(huì)伴隨短暫的伽馬射線爆發(fā)。兩個(gè)緊湊物體合并的獨(dú)特之處在于，合并過(guò)程中排出的重元素的放射性衰變產(chǎn)生了千金新星發(fā)光，產(chǎn)生了令人垂涎的元素，如金和鈾。

該論文的合著者，方氏實(shí)驗(yàn)室的研究生吉利安·拉斯丁賈德(Jillian Rastinejad)表示：“迄今為止，我們只有一個(gè)經(jīng)過(guò)確認(rèn)并經(jīng)過(guò)充分采樣的新星。“因此，發(fā)現(xiàn)一個(gè)看起來(lái)如此不同的新潛在新星特別令人興奮。這一發(fā)現(xiàn)為我們提供了探索新星及其遺留物體多樣性的機(jī)會(huì)。”

如果哈勃望遠(yuǎn)鏡看到的意外亮度來(lái)自將能量沉積到千伏核物質(zhì)中的磁石，那么在短短幾年內(nèi)，從爆發(fā)中彈出的物質(zhì)將產(chǎn)生以無(wú)線電波長(zhǎng)顯示的光。后續(xù)的無(wú)線電觀測(cè)可能最終證明這是一個(gè)磁星，從而可以解釋這些物體的起源。

拉斯汀賈德說(shuō)：“現(xiàn)在，我們有了一個(gè)非常明亮的候選星空，我為不久的伽馬射線爆發(fā)和中子星合并為我們帶來(lái)的新驚喜感到高興。”