天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)存在僅幾毫秒的超重中子星
時間:2025-12-10 03:07:10 來源:骨軟筋酥網(wǎng)

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)存在僅幾毫秒的超重中子星
(神秘的地球uux.cn)據(jù)cnBeta:宇宙中充滿了奇異的天體,現(xiàn)在天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個重磅炸彈--超重中子星,學(xué)家星在它們坍縮成黑洞之前,發(fā)現(xiàn)只存在了零點(diǎn)幾秒。存僅當(dāng)具有一定質(zhì)量范圍的毫秒恒星作為超新星爆炸時,它們會留下一個被稱為中子星的重中致密核心。這些奇怪的天文恒星把超過太陽的質(zhì)量塞進(jìn)一個城市大小的球里。它們常常以雙星系統(tǒng)結(jié)束,學(xué)家星最終兩顆中子星會向內(nèi)旋轉(zhuǎn),發(fā)現(xiàn)直到碰撞形成一個物體。存僅
這個物體是毫秒什么取決于總質(zhì)量。一顆中子星的重中最大質(zhì)量剛剛超過兩個太陽,然后它就會在自身的天文引力下坍塌,形成一個黑洞--所以如果兩顆中子星的學(xué)家星總質(zhì)量低于這個極限,它們就會形成一顆新的發(fā)現(xiàn)中子星。如果質(zhì)量更高,則碰撞將產(chǎn)生一個黑洞。
在新的研究中,天文學(xué)家檢測到兩顆中子星之間的合并導(dǎo)致了黑洞。然而,他們還發(fā)現(xiàn)了一個耐人尋味的中間階段的信號--只存在短短幾毫秒的超重中子星。
根據(jù)對中子星合并的計(jì)算機(jī)模擬,如果形成了超重中子星,在事件中拋出的引力波中出現(xiàn)一種被稱為準(zhǔn)周期振蕩(QPO)的特定模式。雖然目前的觀測站還沒有敏感到可以在引力波中探測到這些,但新研究的團(tuán)隊(duì)確定,它們的指紋也會在伽馬射線中顯示出來。
為了測試這個想法,天文學(xué)家們掃描了三個天文臺在過去幾十年中捕獲的700個短伽馬射線暴(GRB)的檔案數(shù)據(jù)。果然,伽馬射線QPOs出現(xiàn)在康普頓伽馬射線天文臺捕獲的兩個事件中--一個發(fā)生在1991年7月,另一個發(fā)生在1993年11月。
研究小組計(jì)算出,被探測到的超重中子星的質(zhì)量超過太陽的2.5倍,并且在坍縮成黑洞之前將持續(xù)不超過300毫秒的時間。它們的旋轉(zhuǎn)速度也會非常快--如果它們持續(xù)那么久的話,幾乎是每分鐘78000轉(zhuǎn)。相比之下,旋轉(zhuǎn)速度最快的脈沖星的時鐘低于43000轉(zhuǎn)。
該團(tuán)隊(duì)表示,未來的引力波探測器應(yīng)該變得足夠敏感,可以直接發(fā)現(xiàn)超重中子星的特征,這可能有助于提供關(guān)于這些超短命物體的新信息。
該研究發(fā)表在《自然》雜志上。
相關(guān):NASA對強(qiáng)大的宇宙爆炸的觀測揭示了超重中子星的情況
(神秘的地球uux.cn)據(jù)cnBeta:天文學(xué)家在研究被稱為短伽馬射線暴(GRB)的強(qiáng)大爆炸的檔案觀測時,檢測到了顯示一顆超重中子星在坍縮成黑洞前不久短暫存在的光型。這個轉(zhuǎn)瞬即逝的巨大物體很可能是由兩顆中子星的碰撞形成的。
馬里蘭大學(xué)學(xué)院公園分校(UMCP)和位于馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心的研究員Cecilia Chirenti解釋說:"我們在NASA的Neil Gehrels Swift天文臺、Fermi伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡和Compton伽馬射線天文臺探測到的700個短GRB中尋找這些信號,他在西雅圖舉行的美國天文學(xué)會第241次會議上介紹了這些發(fā)現(xiàn)。我們在康普頓于20世紀(jì)90年代初觀測到的兩個伽馬射線暴中發(fā)現(xiàn)了這些伽馬射線模式。"
1月9日星期一,科學(xué)雜志《自然》上發(fā)表了一篇描述這些結(jié)果的論文,由Chirenti領(lǐng)導(dǎo)撰寫。
當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星的核心耗盡燃料并崩潰時,就會形成中子星。過程中產(chǎn)生了的沖擊波在超新星爆炸中吹走了恒星的其余部分。中子星通常將比我們的太陽更多的質(zhì)量裝入一個大約城市大小的球中,但是超過一定的質(zhì)量,它們會坍縮成黑洞。
康普頓數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)模擬都顯示,巨型中子星比已知的質(zhì)量最大、測量最精確的中子星 - J0740+6620多出20%,后者的質(zhì)量幾乎是太陽的2.1倍。超重中子星的體積也幾乎是典型中子星的兩倍,或者說是曼哈頓島長度的兩倍。
這些巨型中子星每分鐘旋轉(zhuǎn)近78000次--幾乎是J1748-2446ad的兩倍,后者是有記錄以來最快的脈沖星。這種快速的旋轉(zhuǎn)短暫地支持了這些天體的進(jìn)一步坍縮,使它們能夠存在短短的十分之幾秒,之后它們繼續(xù)形成黑洞,速度比眨眼還快。
"我們知道短的GRB是在軌道上的中子星撞在一起時形成的,而且我們知道它們最終會坍縮成一個黑洞,但是對事件的確切順序還不是很了解,"科爾-米勒說,他是UMCP的天文學(xué)教授,也是該論文的共同作者。"在某些時候,新生的黑洞會爆發(fā)出快速移動的粒子流,發(fā)出強(qiáng)烈的伽馬射線閃光,這是能量最高的光的形式,我們想更多地了解它是如何發(fā)展的。"
短的GRB通常閃耀不到兩秒鐘,但釋放的能量相當(dāng)于我們銀河系中所有恒星一年所釋放的能量。它們可以在10億光年之外被探測到。合并的中子星也會產(chǎn)生引力波,即時空的漣漪,可以被越來越多的地面觀測站探測到。
對這些合并的計(jì)算機(jī)模擬顯示,當(dāng)中子星凝聚時,引力波表現(xiàn)出頻率的突然快速跳躍,頻率超過1000赫茲。這些信號對于現(xiàn)有的引力波觀測站來說,速度太快,也太微弱,無法探測。但是Chirenti和她的團(tuán)隊(duì)推斷,類似的信號可能出現(xiàn)在短GRB的伽馬射線發(fā)射中。
天文學(xué)家稱這些信號為準(zhǔn)周期振蕩,或簡稱為QPO。與音叉的穩(wěn)定鈴聲不同,QPO可以由幾個接近的頻率組成,這些頻率隨時間變化或消散。伽馬射線和引力波QPOs都起源于兩顆中子星凝聚時的物質(zhì)漩渦中。
雖然在Swift和Fermi暴中沒有出現(xiàn)伽瑪射線QPO,但康普頓的暴發(fā)和瞬態(tài)源實(shí)驗(yàn)(BATSE)在1991年7月11日和1993年11月1日記錄的兩個短的GRB符合這一要求。
BATSE儀器的較大面積使它在尋找這些微弱的模式方面占了上風(fēng)--這種明顯的閃爍顯示了超大型中子星的存在。研究小組認(rèn)為,這些信號僅靠偶然發(fā)生的幾率加起來不到三分之一。
"這些結(jié)果非常重要,因?yàn)樗鼈優(yōu)槲磥硪Σㄓ^測站對超大型中子星的測量奠定了基礎(chǔ),"沒有參與這項(xiàng)工作的華盛頓喬治華盛頓大學(xué)物理系主任Chryssa Kouveliotou說。
到2030年代,引力波探測器將對千赫茲頻率敏感,對超大中子星的短暫生命提供新的見解。在此之前,敏感的伽馬射線觀測和計(jì)算機(jī)模擬仍然是探索它們的唯一可用工具。
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