很久以前，在整個宇宙中，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在整個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，近紅外和無線電波波長產(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，磁星是由兩個中子星合并而成的，這是前所未有的。合并產(chǎn)生了一個光輝的新星，這是有史以來最明亮的一次，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：“當(dāng)兩個中子星合并時，最常見的預(yù)測結(jié)果是它們形成了一個重中子星，它會在幾毫秒或更短的時間內(nèi)坍塌成黑洞。” “我們的研究表明，對于這種特殊的短伽瑪射線爆發(fā)，重物可能幸存了下來。它沒有塌陷成黑洞，而是變成了磁星：具有大磁場的快速旋轉(zhuǎn)的中子星，將能量傾倒入它周圍的環(huán)境，并創(chuàng)造出我們所看到的非常明亮的光芒。”

這項研究已被《天體物理學(xué)雜志》接受，并將于今年晚些時候在線發(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。該研究涉及方的實驗室的兩名本科生，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凱克天文臺和Las Cumbres天文臺全球望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，以研究爆炸的后果及其后果。宿主星系。

方的團隊很快意識到，事情沒有加起來。

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

這項研究的聯(lián)合研究員，英國巴斯大學(xué)的Tanmoy Laskar說：“隨著數(shù)據(jù)的進(jìn)入，我們正在形成產(chǎn)生所看到的光的機理的圖片。” “當(dāng)我們獲得哈勃觀測數(shù)據(jù)時，我們必須徹底改變我們的思維過程，因為哈勃添加的信息使我們意識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

方和她的團隊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，短時爆發(fā)是由兩個中子星合并而成的，這兩個中子星是圍繞著太陽質(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)短時間伽馬射線爆發(fā)可能會導(dǎo)致黑洞，但在這種情況下合并的兩個中子星可能已經(jīng)結(jié)合在一起，形成了一個具有強大磁場的磁星，一個超大質(zhì)量中子星。

該圖顯示了形成磁動力千伏新星的順序，其峰值亮度高達(dá)經(jīng)典新星的10,000倍。1)兩個繞軌道運行的中子星越來越近地螺旋在一起。2)它們碰撞并合并，引發(fā)爆炸，在半秒鐘內(nèi)釋放出比太陽在其整個百億年壽命中所產(chǎn)生的能量還要多的能量。3)合并形成了一個更大的中子星，稱為磁星，它具有異常強大的磁場。4)磁星將能量沉積到噴射的物質(zhì)中，使其在紅外波長下意外地發(fā)光。圖片來源：NASA，ESA和D. Player(STScI)

Laskar解釋說：“基本上，這些固定在恒星上的磁場線以每秒大約1000次的速度旋轉(zhuǎn)，這會產(chǎn)生磁化的風(fēng)。” “這些自旋場線提取了合并過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：“我們知道存在磁星是因為我們在銀河系中看到了它們。” “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形成一小部分。我們以前從未見過證據(jù)，更不用說了在紅外光下，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會伴隨短暫的伽馬射線爆發(fā)。兩個緊湊物體合并的獨特之處在于，合并過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，方氏實驗室的研究生吉利安·拉斯丁賈德(Jillian Rastinejad)表示：“迄今為止，我們只有一個經(jīng)過確認(rèn)并經(jīng)過充分采樣的新星。“因此，發(fā)現(xiàn)一個看起來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會。”

如果哈勃望遠(yuǎn)鏡看到的意外亮度來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)生以無線電波長顯示的光。后續(xù)的無線電觀測可能最終證明這是一個磁星，從而可以解釋這些物體的起源。

拉斯汀賈德說：“現(xiàn)在，我們有了一個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的新驚喜感到高興。”