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中子星并合后的宇宙喷泉接近光速
发布时间:2019-02-25 22:35

      天文爱好者们可能还记得2017年10月,全球数十家天文机构联合发布探测到双中子星并合的重磅消息。这场 “宇宙烟花”不仅释放出引力波,更甩出重达300个地球的黄金,引发天上地下超过70台望远镜围观它的光芒。这个故事还有下文。在壮丽的爆发之后207天,全球5大洲的32台望远镜再次组队观测“宇宙烟花”的余辉,其中3台来自中国,分别属于中国科学院上海天文台、云南天文台和新疆天文台。经过分析,科学家们确定双中子星并合后一股物质以光速级喷射而出,形成了相对论性喷流。相关论文近日发表在《科学》杂志上。首先,让我们复盘一下那一场“宇宙烟花”。远在1.3亿光年的一个星系中,一对中子星围绕共同的中心旋转。当一个恒星走向寿命尽头,经由引力坍缩发生超新星爆炸,根据质量的不同,内核可能被压缩成白矮星、中子星或黑洞。中子星几乎完全由中子构成,是目前已知的最小、致密的恒星。中子星的半径普遍在10公里左右,质量却可超过两个太阳。一茶匙中子星物质就重达10亿吨。双星共舞的过程中会不断释放引力波,导致系统的能量降低,轨道缩小,并最终撞在一起,发生并合。这就是美国激光干涉引力波天文台LIGO在2017年8月17日接受到的一段持续了100秒的信号,不过,双中子星并合后究竟会产生什么,科学家目前所知的仍只有冰山一角。全球共有70个地面及空间望远镜闻风而动,组成了一道蔚然壮观的风景线。中国南极巡天望远镜和中国第一颗空间X射线天文卫星——“慧眼”HXMT望远镜也参与集中。引力波信号首秀后2秒,一个持续时间很短的伽玛暴紧接着登场,这对应着中子星并合过程中的千新星现象,抛射出大量金、铂等重元素。这些重元素中的放射性元素发生衰变、裂变,爆发的亮度是典型新星的一千倍左右。11小时后 从紫外线到近红外波段的电磁波信号锁定目标位于NGC4993星系;9天后,X射线信号出现;16天后,无线电信号被成功捕获。此时,“宇宙烟花”已经进行到余辉的阶段。这些电磁波信号持续增强,直到150天后才开始减弱。余辉的持久,让科学家们好奇这些光芒来自于怎样的物质形态。学术界有两种主流猜测,一是各向同性火球,二是相对论性喷流,分别对应着“作茧自缚”和高速冲破两种形式。喷流冲破中子星并合甩出的物质,在“作茧自缚”的情境中,喷流被周围的喷射产物所困,形成一个高热高压的空间而逐渐膨胀。此时,科学家们会在较宽的角度范围内探测到能量,运动的速度也较慢。2018年3月12日至13日,全球5大洲的32台望远镜对余辉进行了观测,中心频段集中在4.85吉赫兹左右。全球5大洲的32台望远镜对余辉进行了观测,由意大利国家天文研究所主导的研究结果显示,喷流的位移较远,角度小于2.5毫角秒(一毫角秒为360万分之一度),由此可以排除火球,确定为强度非常高的等离子体喷流。这种喷流的长度可达数千乃至数十万光年,是已知的速度最快的天体之一,此前一项观测显示相对论性喷流的速度达到了光速的23%。该研究团队通过计算分析,认为大约有10%的中子星并合会产生相对论性,接近光速喷射重核物质金,就相对论而言,这是不可能的,除非相对论不适用重核物质的光速喷射,那么问题出在哪呢 爆发才一年,就是高速也才跑一光年,怎么测得出几千光年?关键是了解出能够持续喷多久?难不成喷数千年? “这种喷流的长度可达数千乃至数十万光年,是已知的速度最快的天体之一”
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