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恒星爆发为近距离观测中子星或黑洞诞生提供机遇

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ufoman 发表于 2018-11-15 10:32:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
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被称为“母牛”的神秘恒星爆发事件 图片来源:The ATLAS team

  来源:中国科学报
  对于许多天文学家来说,2018年将被作为“母牛”年来纪念,这是对一次壮观的恒星爆发事件的昵称,这次事件让他们忙了好几个月。

  两个研究团队在日前提交给arXiv预印本服务器的论文中指出,这一不寻常事件为观测一颗恒星的陨落提供了前所未有的机遇窗口。

  与典型超新星缓慢上升相反,“母牛”在一夜之间变得异常明亮,这让天文学家感到困惑。

  “它不知道是从哪儿冒出来的。”英国贝尔法斯特女王大学天文学家Stephen Smartt说。Smartt首先发现此次爆发,并根据字母协定将其命名为“母牛”。

  美国伊利诺伊州埃文斯顿西北大学天体物理学家Raffaella Margutti补充说,这是恒星爆发研究者的“梦想”。Margutti是最近发表的两篇相关论文的研究团队的负责人之一。

  核心“发动机”

  通过独立观测,最新论文背后的两个研究团队现在得出了相同的结论:一个“核心发动机”连续数月一直在从内部推动恒星爆发,其能量一定来自处于物质吸积过程中新形成的黑洞,或是疯狂旋转的中子星。

  当大质量恒星到达生命尽头时,就会诞生黑洞和中子星。帕萨迪纳加州理工学院天文学家Mansi Kasliwal说,类似“母牛”这样的爆发(术语为2018母牛事件)或能提供这种诞生方式的一些最直接证据。“这可以告诉我们如何理解大质量恒星爆发最极端的类型。”

  加州大学圣塔芭芭拉分校天体物理学家Iair Arcavi对最新研究成果及这一事件的奇异性印象深刻。“其喷射的几乎所有事物都是我们从未见过的。”他说。

  “母牛”的发现始于6月16日,当时一位同事把某个位点的一颗明亮恒星指给Smartt看,而在几天前,那里什么都没有。

  恒星异常

  起初,Smartt认为这是银河系中一个不起眼的恒星耀斑。但后来,他意识到其可能距离地球很远,位于一个被称为CGCG 137-068的星系中,距离地球约有60百万秒(两亿光年)。

  “那是一个星期天的晚上,大约11点,我想着‘最好把这件事告诉大家。’”他通过天文学家电报(报告和评论瞬时天文观测的一项服务)发出了警报。

  紧接着的后续报道证实了这是一颗遥远的天体,所以它一定非常明亮。(尽管距离很远,但它的光芒依然非常明亮,一些业余天文学家也能观测到它)

  这并不是一颗普通的超新星,它的亮度在几天内就达到峰值,而不是几周。英国利物浦约翰摩尔斯大学天体物理学家Daniel Perley说:“所有人都放下手头的工作,开始跟踪‘母牛’。”

  Perley与合作者在西班牙加那利群岛拉帕尔马岛上指挥一个程控望远镜,在一个半月的时间里,他们几乎每天晚上都要观测“母牛”。他们还使用全球各地的一些其他望远镜,这些望远镜属于Kasliwal为后续研究设计的一个网络。

  研究小组收集到的证据(大部分在光谱中)似乎指向将一颗恒星撕裂开来的现有黑洞,他们8月3日在网上公布了这一观察结果。为了一窥这些高能量天文事件的全貌,研究人员需要查看从无线电波到γ射线的更广泛电磁频谱能量。

  距Smartt的发现数日之后,加州理工学院另一位天文学家Anna Ho迅速行动,利用无线电频谱观测“母牛”。在恒星爆发中,带电粒子在强磁场中旋转时会发射出无线电波,当物质扩散时,它们的波长就会伸长。

  Ho意识到,她可能有一个难得的机会观察短波长(只有1毫米或更短)。由于物质会迅速扩散,天文学家不太可能捕捉到足够早的事件来观测短波长的辐射。

  她的团队和其他科学家在6月的早期观察中确实发现了亚毫米波范围内的辐射,因此她向智利安第斯山脉的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)提出了紧急建议,因为那里观测时间的竞争非常激烈。

  更加好奇

  在接下来的几周,Ho和合作者观察了这一事件演变过程中产生的毫米级辐射量。他们的观测表明,物质向外膨胀的速度只有光速的1/10。

  但与普通超新星不同,这种短波长的辐射持续了数周,揭示了“核心发动机”的存在,即黑洞或旋转的中子星。“我们能够证明它与任何常规机制都不一致。”Ho说。

  与此同时,Margutti和同事则利用一项预先批准的提议。Margutti曾提出用美国航天局的NuSTAR X射线望远镜观察“瞬时”事件,以便快速观察“母牛”。

  通过NuSTAR和其他望远镜的观测,研究小组得出结论:这一事件极不寻常。特别是X射线光谱显示,它是从内部再加热的。这也表明有黑洞或中子星在为这一事件提供动力,尽管目前下结论为时尚早。“我们已经看到一个致密天体的实时形成。”她说。

  天体物理学家通常看不到这一点,Margutti补充说,因为再加热被早期爆发喷射出的物质掩盖。“‘母牛’的优势在于,它的‘核心发动机’对我们几乎是无隐藏的。”

  Margutti希望天文学家能观察到更多此类事件,从而确定导致一个结果而非另一个结果的条件。“游戏现在开始了。”

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