Tuesday, 04 August, 2020

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天文学家的时间观念往往与我们普通人略有不同,天文学家研究数百万年或数十亿年前发生的事件,以及同样长时间存在的物体。这就是新发现名为Swift J1818.0-1607的中子星引人注目的部分原因,其研究发现发表在《天体物理学》期刊上,研究估计,它只有240年岁的历史,按照宇宙尺度的标准,这是一个名副其实的新生儿,美国宇航局尼尔·盖瑞斯·斯威夫特天文台发现了这个年轻的天体。

当时这颗中子星释放出大量的X射线时,欧洲航天局的XMM-牛顿卫星天文台和美国宇航局NuSTAR望远镜(由加州理工学院领导,喷气推进实验室管理)的后续研究,揭示了这颗中子星的更多物理特征,包括那些用于估计其年龄的特征。中子星是一颗大质量恒星发生超新星爆炸后遗留下来密度极高的恒星核心残骸。而且也是宇宙中密度最大的物体之一(仅次于黑洞):一茶匙的中子星物质在地球上重达40亿吨。

宇宙磁场之最,且稀有

中子星内部的原子是如此紧密地碰撞在一起,它们的行为方式在其他地方是找不到的,属于不可复制的条件下存在,Swift J1818.0-1607将两倍太阳质量的物质打包成一个比太阳小一万亿倍的体积。Swift J1818.0-1607的磁场比典型中子星强1000倍,比人类制造的最强大磁铁强约1亿倍,属于一种特殊被称为磁星的天体,这是宇宙中最具磁性的天体,Swift J1818.0-1607似乎是迄今发现最年轻的磁星中子星。

巴塞罗那空间科学研究所的研究员、XMM-牛顿卫星和NuSTAR(核光谱望远镜阵列的缩写)观测的首席研究员南达·雷亚(Nanda Rea)说:这颗磁星中子星向我们展示了磁星生命中,比我们以前见过更早的时间,也就是它形成后不久的时间。虽然已知的中子星有3000多颗,但科学家们只确认了31颗已确认的磁星。因为中子星(包括磁星)的物理性质不能在地球上重现,所以它们是测试我们对物理世界理解的天然实验室。

如果能了解了这些天体的形成过程,也许就会明白为什么已发现的磁星数量和已知中子星总数之间存在如此巨大的差异。Swift J1818.0-1607位于人马座,距离地球相对较近,距离我们才16000光年。因为光要经过这些宇宙距离需要时间,所以我们看到的是这颗中子星大约在16000年前发出的光,当时它大约有240岁。许多科学模型表明,磁星的物理属性和行为随着年龄的增长而变化,磁星可能在年轻时最活跃。

极端的天体物理行为

虽然中子星直径只有10到20英里(15到30公里),但它们可以发出与大得多物体相当的巨大光爆发。特别是磁星被认为与强大的喷发有关,这些喷发足够明亮,足以在整个宇宙中清晰地看到。考虑到磁星的极端物理特性,科学家们认为有多种方式可以产生如此巨大的能量。Swift J1818.0-1607开始爆发时,SWIFT任务发现了它,在这个阶段,它的X射线发射变得至少比正常亮了10倍。

磁星爆发的事件在细节上各不相同,但它们通常从几天或几周内亮度突然增加开始,然后随着磁星恢复到正常亮度,随后在几个月或几年内逐渐减弱。这就是为什么天文学家如果想要观察其中一个事件的活动高峰期,就必须迅速采取行动。SWIFT任务提醒了全球天文学团体注意这一事件,XMM-Newton(有NASA参与)和NuSTAR进行了快速后续研究。除了X射线之外,众所周知,磁星还会释放出伽马射线的大爆发,这是宇宙中能量最高的光形式。

磁星还可以发出稳定的无线电波,这是宇宙中能量最低的光形式。发射长寿命射电光束的中子星被称为射电脉冲星;Swift J1818.0-1607是已知的五颗也是射电脉冲星的磁星之一。蒙特利尔麦吉尔大学麦吉尔空间研究所所长、NuSTAR团队前成员维多利亚·卡斯皮(Victoria Kaspi)说:磁星令人惊叹的是,作为一个群体,它们是相当多样化的,每次找到一个,都会告诉你一个不同的故事,它们非常奇怪,非常罕见,我认为还有没有看到中子星所有的可能性。

博科园|研究/来自:美国宇航局/Calla Cofield

研究发表期刊《天体物理学》

DOI: 10.3847/2041-8213/ab9742

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