發現已知宇宙,最年輕的中子星,只有240歲,密度僅次於黑洞!

2020-11-22 騰訊網

天文學家的時間觀念往往與我們普通人略有不同，天文學家研究數百萬年或數十億年前發生的事件，以及同樣長時間存在的物體。這就是新發現名為Swift J1818.0-1607的中子星引人注目的部分原因，其研究發現發表在《天體物理學》期刊上，研究估計，它只有240年歲的歷史，按照宇宙尺度的標準，這是一個名副其實的新生兒，美國宇航局尼爾·蓋瑞斯·斯威夫特天文臺發現了這個年輕的天體。

當時這顆中子星釋放出大量的X射線時，歐洲航天局的XMM-牛頓衛星天文臺和美國宇航局NuSTAR望遠鏡（由加州理工學院領導，噴氣推進實驗室管理）的後續研究，揭示了這顆中子星的更多物理特徵，包括那些用於估計其年齡的特徵。中子星是一顆大質量恆星發生超新星爆炸後遺留下來密度極高的恆星核心殘骸。而且也是宇宙中密度最大的物體之一（僅次於黑洞）：一茶匙的中子星物質在地球上重達40億噸。

宇宙磁場之最，且稀有

中子星內部的原子是如此緊密地碰撞在一起，它們的行為方式在其他地方是找不到的，屬於不可複製的條件下存在，Swift J1818.0-1607將兩倍太陽質量的物質打包成一個比太陽小一萬億倍的體積。Swift J1818.0-1607的磁場比典型中子星強1000倍，比人類製造的最強大磁鐵強約1億倍，屬於一種特殊被稱為磁星的天體，這是宇宙中最具磁性的天體，Swift J1818.0-1607似乎是迄今發現最年輕的磁星中子星。

巴塞隆納空間科學研究所的研究員、XMM-牛頓衛星和NuSTAR（核光譜望遠鏡陣列的縮寫）觀測的首席研究員南達·雷亞(Nanda Rea)說：這顆磁星中子星向我們展示了磁星生命中，比我們以前見過更早的時間，也就是它形成後不久的時間。雖然已知的中子星有3000多顆，但科學家們只確認了31顆已確認的磁星。因為中子星（包括磁星）的物理性質不能在地球上重現，所以它們是測試我們對物理世界理解的天然實驗室。

如果能了解了這些天體的形成過程，也許就會明白為什麼已發現的磁星數量和已知中子星總數之間存在如此巨大的差異。Swift J1818.0-1607位於人馬座，距離地球相對較近，距離我們才16000光年。因為光要經過這些宇宙距離需要時間，所以我們看到的是這顆中子星大約在16000年前發出的光，當時它大約有240歲。許多科學模型表明，磁星的物理屬性和行為隨著年齡的增長而變化，磁星可能在年輕時最活躍。

極端的天體物理行為

雖然中子星直徑只有10到20英裡（15到30公裡），但它們可以發出與大得多物體相當的巨大光爆發。特別是磁星被認為與強大的噴發有關，這些噴發足夠明亮，足以在整個宇宙中清晰地看到。考慮到磁星的極端物理特性，科學家們認為有多種方式可以產生如此巨大的能量。Swift J1818.0-1607開始爆發時，SWIFT任務發現了它，在這個階段，它的X射線發射變得至少比正常亮了10倍。

磁星爆發的事件在細節上各不相同，但它們通常從幾天或幾周內亮度突然增加開始，然後隨著磁星恢復到正常亮度，隨後在幾個月或幾年內逐漸減弱。這就是為什麼天文學家如果想要觀察其中一個事件的活動高峰期，就必須迅速採取行動。SWIFT任務提醒了全球天文學團體注意這一事件，XMM-Newton(有NASA參與)和NuSTAR進行了快速後續研究。

除了X射線之外，眾所周知，磁星還會釋放出伽馬射線的大爆發，這是宇宙中能量最高的光形式。磁星還可以發出穩定的無線電波，這是宇宙中能量最低的光形式。發射長壽命射電光束的中子星被稱為射電脈衝星；Swift J1818.0-1607是已知的五顆也是射電脈衝星的磁星之一。

蒙特婁麥吉爾大學麥吉爾空間研究所所長、NuSTAR團隊前成員維多利亞·卡斯皮(Victoria Kaspi)說：磁星令人驚嘆的是，作為一個群體，它們是相當多樣化的，每次找到一個，都會告訴你一個不同的故事，它們非常奇怪，非常罕見，我認為還有沒有看到中子星所有的可能性。

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