中子星碰撞為科學家研究短伽馬射線暴提供了新的啟示
科學家們探測到了兩顆中子星碰撞產生的短伽馬射線暴,它在半秒內釋放出的能量比太陽在其100億年的壽命中釋放出的能量還要多。這場伽馬射線暴被命名為200522A,它起源於距離地球54.7億光年的地方,在它導致一顆新的、高磁性的中子星形成後,發出了比新星大10倍的亮度。
伽馬射線暴是超新星內爆等事件中出現的極高能量現象。這些爆發可以持續數小時,但當它們持續不到兩秒鐘時,它們被稱為短伽馬射線暴。直到最近,這些短脈衝被認為是由於兩顆中子星在坍塌成黑洞之前產生巨大的、短暫的輻射,或是由於中子星和黑洞的碰撞產生。
無論哪種方式,你最終都會得到一個黑洞–至少,傳統理論是這麼認為的。在2020年5月22日,NASA的Neil Gehrels Swift天文台探測到了200522A。科學家們也利用包括哈勃太空望遠鏡、甚大天線陣、拉斯坎布雷斯天文台全球望遠鏡(LCOGT)和WM凱克天文台等在內的天文台進行探測。
這些觀測到的短伽馬射線暴橫跨整個電磁波譜,從無線電到X射線。哈勃望遠鏡發現的是,該爆發並沒有以預期的方式消失。相反,它在光譜的紅外波段發光,比預期的要亮10倍。這意味著,中子星的碰撞沒有形成黑洞,而是產生了一種叫做磁星的新星。
中子星是質量與太陽差不多的恆星,但直徑只有約12英里(20公里)。人們的期望是,當兩顆這樣的恆星相撞時,碰撞應該會產生一陣伽馬射線,產生鈾等重元素,然後產生一種叫做千新星的餘輝,它的亮度是新星的1000倍,雖然只有超新星的十分之一。
問題是,200522A的亮度是超新星的10倍,還是處於超新星的低端。中子星沒有黑洞,而是和它們的磁場一樣,合併成了一個磁星–一顆巨大的恆星有一個巨大的磁場。場線以每秒數千次的速度旋轉,從恆星的旋轉中提取能量,並將其泵入碰撞後噴出的物質中,使其發出明亮的光芒。
“哈勃真的是決定性因素,因為它是唯一一個探測到紅外光的儀器,”西北大學的天文學家、這項研究的領導者方文輝說。“令人驚奇的是,哈勃能夠在爆發後三天才拍攝到圖像。你需要另一次觀測來證明有一個與合併相關的消逝對應物,而不是一個靜態源。當哈勃在16天和55天時再次觀測時,我們知道我們不僅抓住了消逝的源頭,而且還發現了一些非常不尋常的東西。哈勃壯觀的分辨率也是將宿主星係與暴發位置分離開來,並量化來自合併的光量的關鍵。”
根據研究小組的說法,詹姆斯-韋伯太空望遠鏡和其他正在開發的儀器將能夠在更遠的距離上探測到此類事件,同時提供更詳細的光譜分析。
該研究將發表在《天體物理學雜誌》上。