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wang.zhou.803 的博客

 
 
 

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科学家发现最奇怪脉冲星:磁场超强自转超慢  

2016-09-13 14:47:23|  分类: 科学研究(揭秘、 |  标签: |举报 |字号 订阅

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借助全球的X射线望远镜,天文学家发现了最最奇怪的脉冲星。这个强X射线源显示出这个天体有着超乎寻常的磁性,而其旋转的周期却是已知任何脉冲星的数千倍。

科学家发现最奇怪脉冲星:磁场超强自转超慢 - 月儿弯弯 - wang.zhou.803 的博客 

RCW 103星云的合成图像,X射线图像来自“钱德拉”望远镜,光学图像来自DSS巡天项目

距离地球9000光年的RCW 103星云是一个超新星爆炸的残骸,几十年来,天文学家知道在在其中心有一个致密天体。美国航天局“钱德拉”望远镜在X射线的三个波长拍下了RCW 103中心区域的照片。中心的这个“源”的官方名称叫1E 161348-5055 (或简写成1E 1613)。现在你看到的张照片是合成照,红色表示能量最低(波长最长),绿色表示中等,蓝色表示能量最高,其他白色的星点则是数字巡天的光学图像。

起初观测人员认为1E 1613是超新星爆炸所留下的一颗中子星。然而随着观测继续进行,他们发现这个天体周期性的X射线亮度变化比较奇怪,显示出6.5小时左右的周期,这给他们出了一道难题。因为现有的模型似乎很难解释这种缓慢自转,要知道绝大多数脉冲星的自转都是秒级或者毫秒级的。那么是什么原因产生了这种现象呢?天文学家想到两个可能,要么就是一个旋转异常缓慢的中子星但存在着未知的让它慢下来的机制,要么就是一颗快速旋转的中子星但它存在于一个双星系统中。

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中子星标准模型,当电磁辐射束刚好扫过地球,这种中子星又叫脉冲星。

2016年6月22日,“雨燕”太空望远镜捕捉到一个从1E 1613释放出的短暂的X射线暴,并且立刻引起了天文学家的注意。因为这次观测显示出非常强烈的、极其快速的波动,时间尺度是毫秒量级,这与其他我们所知道的“磁星”非常接近。磁星,这种宇宙中又一种怪物,它是中子星的一种,1992年由科学家罗伯特·邓肯(Robert Duncan)及克里斯托佛·汤普森(Christopher Thompson)首先提出该理论。拥有宇宙中最强大的磁场——比太阳磁场强大1万亿倍以上,可以释放难以置信的强大能量。它们前身是数倍于太阳质量的恒星,本身拥有强大的磁场和极高的自转速度,在超新星爆炸的瞬间可能由于炽热内核物质的对流产生了异乎寻常的超强磁场,同时释出以X射线及伽玛射线为主的高能量电磁辐射。 1E 1613是磁星吗?

为了作进一步研究,一个由阿姆斯特丹大学南达·雷领导的团队立刻请求其他两个在轨运行的太空望远镜——“钱德拉”X射线望远镜和核光谱望远镜阵列(NuSTAR)跟踪观测。结合这三台高能望远镜的最新数据,以及“钱德拉”、“雨燕”、“XMM牛顿”三台望远镜的历史数据,可以确认 1E 1613具有典型的磁星的属性,从而令其成为仅有的第30个已知磁星。它会在不同能量区间产生相应数量的X射线,它在1999年发生过一次X射线暴,现在2016年又是一次。于是,双星系统的解释可能就不成立了,因为最新数据显示X射线强度的周期性编号既随着X射线能量变化也随着时间变化。这些恰恰都是磁星的特点。

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8-20倍太阳质量的恒星在其生命最后阶段会发生猛烈的形成II型超新星,大部分恒星质量会坍缩成为密度极大的中子星。中子星可能有两种形态,一种是磁星(上),一种是常规脉冲星(下)。中子星形成前恒星自转足够快,就会形成强大的磁场,磁星初期内部磁力线会被强大的引力掰弯,然后自转速度迅速减慢,在约1万年内磁力线也逐渐变得平滑,可能有比较窄的射线波瓣,1万年以后磁场逐渐消退,释放出少量能量。如果是普通脉冲星,其前身恒星自转速度稍慢,相对于磁星磁场强度稍弱,辐射波瓣更大些,可以稳定输出1000万年之久。理论上磁星数量可能占中子星的1/10,但由于其辐射波瓣小扫到地球的几率也相对较小。(来源:https://universe-review.ca/)

但是,萦绕在科学家头上的转速变慢的谜团依然存在。经测量,这颗星的自转周期约6.67小时,要知道目前已知转得最慢的磁星自转也只有10秒!(最快的是2秒)2400倍的差异让它毫无争议地坐上转得最慢的中子星的宝座。天文学家只能作此推测,在超新星爆炸后形成的单个中子星应该是旋转非常快的,渐渐地随着时间推移它损失了能量就会越来越慢。然而,研究人员根据RCW 103 的大小推测其年龄只有2000年而已,显然传统机制不足以让一个中子星的自转周期减慢到24000秒。科学家还有其他一些想法,其中一个场景是这样的,超新星爆炸的残骸回落到高速旋转的中子星周围的磁场,从而让它损失了旋转的能量。目前天文学家在研究其他转得比较慢的磁星来验证这一猜测。

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