天文学家发现了一种探测难以捉摸的对撞中子星的新方法

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2015年3月22日,美国宇航局钱德拉x射线天文台在其数据中记录了一个光点。在离南天穹窿不远的地方,有个东西变亮了,然后慢慢地消失了。

多亏了一项新技术,现在我们知道物体光点是由于两颗中子星相撞,距离地球66亿光年。

我们也知道,当中子星相撞时,它们会产生两股强大的喷流,朝相反的方向喷射,产生伽马暴——但如果这些喷流不指向我们的方向,我们就无法探测到它们。

但在2013年,内华达大学的天文学家张冰预测,如果中子星合并的结果是一颗高磁化、快速旋转的中子星——磁星,那么中子星合并可能会产生强大的x射线余辉。

然后,在2017年8月,引力波天文学给了世界一个奇迹。第一次,我们不仅通过引力波探测器,而且通过世界各地的光学、红外、紫外和x射线仪器,实时看到中子星碰撞。

因此,一个研究小组查阅了钱德拉的档案数据,寻找与GW170817的新信息相匹配的事件——并发现了一个与张的预测相匹配的事件。

天文学家发现了一种探测难以捉摸的对撞中子星的新方法
(X-ray: NASA/CXC/Uni. of Science and Technology of China/Y. Xue et al; Optical: NASA/STScI)

中国科技大学的天文学家薛永泉说:“我们发现了一种观测中子星合并的全新方法。”“这个x射线源的行为符合我们团队成员对这些事件的预测。”

他们将这一事件命名为XT2,并在数据中突然出现时对其进行追踪,然后在大约7个小时的时间里慢慢消失。他们仔细研究了x射线辐射随时间的变化,并将其与张的预测进行了比较。

他们还考虑了其他可能性,比如该事件是否可能是由一颗垂死恒星的核心坍塌引起的。该事件在宿主星系外围的位置与被踢出星系中心的中子星更为一致,恒星形成的低速率意味着,该事件不太可能是由一颗年轻的大质量恒星变成超新星引起的。

特别观察XT2,研究小组发现,这一发射与磁星每秒旋转数百次是一致的,其磁场强度约为地球磁场的1万亿倍。

从磁星发出的x射线持续了大约30分钟,之后在接下来的6.5个小时里衰减了300多倍,最终消失。研究小组认为,这是由于x射线辐射风造成的能量损失,而x射线辐射风逐渐减缓了旋转速度。

这意味着这两颗中子星可能产生了更大的中子星,而不是黑洞。天文学家认为产生黑洞至少需要太阳质量的三倍;任何质量较小的物质都会变成中子星。这就限制了碰撞中中子星的大小。

但它也告诉了我们一些关于中子星内部的事情,由于其惊人的密度,这是非常难以研究的。

张说:“我们不能把中子星放在实验室里看会发生什么,所以我们必须等到宇宙为我们做这件事。”“如果两颗中子星相撞,而一颗重中子星幸存下来,那么这就告诉我们,它们的结构相对来说是刚性和弹性的。”

该团队现在正在努力分析钱德拉的其他数据,看看他们是否能开始得到一些关于此类事件发生频率的确凿统计数据。

中国科技大学的程学成说:“就像这个来源一样,档案馆里的数据也可能包含一些意想不到的宝藏。”

这项研究已经发表在《自然》杂志上。

sciencealert

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