中科大发现66亿光年外神秘信号 证实中国学者1

字号+ 作者:热点新闻 来源: Labware 阅读: 2019-04-13 我要评论( )

电影《变种特工》虚幻出一位可以控制地球磁场的变种人叫磁力王。而在天文界,磁力王真实存在,它就是大质量毫秒......

电影《变种特工》虚幻出一位可以控制地球磁场的变种人叫“磁力王”。而在天文界,“磁力王”真实存在,它就是大质量毫秒磁星。记者从中国科学技术大学获悉,该校物理学院天文系薛永泉教授研究组发现了一个来自约66亿光年外持续约7小时的独特X射线辐射信号。十年前,这种信号只存在於理论猜想中,研究团队此次观测在国际上首次证实了双中子星併合直接产物可以是磁星,为未来的引力波探测和中子星研究带来新的方向。该研究成果於4月11日在线发表在国际权威期刊《Nature(自然)》上。

借助美国太空总署的钱德拉空间望远镜所完成的当今世界上最深最灵敏的X射线巡天观测——七百万秒钱德拉南天深场,薛永泉教授等人发现了一个持续约7小时的独特X射线辐射信号,这个信号来自约66亿光年外。各种关键观测数据均表明,该信号极有可能源於双中子星合併之后光年外产生的磁星。中子星是宇宙中最为神奇的天体之一,它几乎全部由中子组成,具有超高密度、超强磁场等极端物理属性,是检验基本物理规律极佳的天然实验室。

观测近20年意外发现

薛永泉教授在接受大公报记者採访时说:“此前天文界对双中子星併合后会产生什麼,并没有定论,大部分研究者认为併合会直接产生黑洞。”他介绍,2006年南京大学戴子高教授领衔的一项理论研究预言双中子星併合将产生引力波暴的同时,会产生大质量毫秒快转的极强磁场中子星(即毫秒磁星)或者甚至是稳定的中子星。

有趣的是,双中子星併合后的产物并不是薛永泉研究组此前的研究方向。薛永泉介绍,他从1999年开始进行X射线巡天观测,2016年3月共完成了102个观测组的数据收集,在2017年进行一项研究中,他偶然发现了此前存储的2015年3月的观测数据,当时就觉得该暂现源十分有意思,便深入研究,并对数据进行理论模型的计算等,最终研究结果完全契合磁星模型,证明了此前戴子高教授的预言。

表面磁场比人造强亿倍

此次观测到这种以前只存在於理论猜想中的新型X射线信号,在国际上首次证实了双中子星併合直接产物可以是磁星。

薛永泉说,此次研究发现的意义是可以帮助了解磁星这种非常緻密的核物质的状态。据他介绍,双中子星併合形成的磁星,表面磁场比目前人类实验室能製造出来的最强磁场还强上亿倍。同时,磁星具有超高的自转速度,每秒自转几百上千周。由於磁星的快速自转,即使它的质量超过中子星质量上限,其离心力也能帮助它短期抗衡自身的强大引力,因而不会坍缩成黑洞。

此外,双中子星併合会产生非常剧烈的引力波。2017年8月17日发生过一个全世界轰动的就是双中子星併合的引力波信号的事件。薛永泉表示,今后如果再次探测到这种引力波信号,就可以把该引力波信号跟其团队已探测到的X射线信号等联合起来,进而把整个事件、整个天体的性质确定得更加精确。

大质量毫秒磁星的物理特性

•毫秒磁星自转周期为毫秒级,一秒鐘可自转几百圈。

•一般的中子星通常为1点多个太阳质量、极少超过2个太阳质量,而大质量磁星可高达2.5个太阳质量左右。

•一般中子星的磁场在108到1012高斯左右,而磁星高达1014高斯以上,这样的磁力转换为压强,相当於在一元硬币那麼小的面积上承受一亿吨物体的压力。

如何观测X射线辐射信号?

 

图:中国科学技术大学物理学院天文系薛永泉教授和两位研究团队成员一起讨论新发现的这颗磁星(中科大供图)

由於磁星所驱动的X射线辐射基本各向同性,如果观测视线与其喷流(会产生短伽马射线暴)方向夹角较大时,将预期看到一个没有对应的短伽马射线暴、光变曲线具有特征平台期的X射线暂现源。

中子星是什麼?

中子星是大质量恒星演化后期发生超新星爆炸以后形成的緻密天体,是宇宙中最为神奇的天体之一。它几乎全部由中子组成,具有超高密度(即核密度,为水密度的上亿倍)、超强磁场(为地表磁场的上亿倍)等极端物理属性,是检验基本物理规律极佳的天然实验室。

毫秒磁星怎样形成?

在两个恒星各自塌缩成为中子星后,这对双中子星难兄难弟会由於两次超新星爆炸不对称的反衝力,在几十亿年间从星系中心附近被踢到星系的边缘,其间由於引力波的释放、损失轨道能量而越靠越近并最终合併。双中子星合併便可以产生毫秒磁星。

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