55億光年外，千新星孕育了一顆磁星，傳統理論再次遭遇挑戰

2020-11-14 姿勢分子knowledge

在宇宙中，令人感到恐怖的天體不止有黑洞，還有一種天體同樣令人聞之色變，那就是磁星。

和地球只有不到7×10^-5 特斯拉強度的磁場相比，磁星的磁場強度可以達到恐怖的1000億特斯拉，是地球磁場強度的一千萬億倍！即使是一個100億特斯拉的磁場，位於距離我們超過38萬公裡的月球位置上，都足以將地球上的一張銀行卡消磁！

科學家指出：磁星的本質，其實就是中子星，屬於中子星的一種。但是，磁星到底是怎樣產生的，目前卻仍然是個謎。最近，美國西北大學的天文學家Wen-fai Fong領導的一支研究團隊在55億光年以外，發現了一顆千新星，或許可以告訴我們這種恐怖天體的來源。

所謂的千新星，指的是兩顆緻密星併合過程中的天文事件，比如雙中子星、雙黑洞或者是中子星和黑洞之間的併合，由於峰值亮度可以達到普通新星的1000倍而得名。在併合的過程中，會千新星會爆發出強烈的電磁輻射和引力波，並且產生一個更加巨大的天體。

迄今為止最著名的一次千新星，就是2017年10月16日時LIGO與Virgo團隊第一次同時探測到的引力波GW 170817。這次千新星事件來自於兩顆中子星的碰撞，不僅僅釋放出了引力波，還在許多波段發出了強烈的電磁波，如伽馬射線暴，可以幫助科學家了解千新星事件的一些細節。

科學家們有信心，再次看到千新星時，就可以按照這些信息進行觀測，確定我們到底在觀測什麼。

可是事與願違，當科學家審視GRB 200522A這次伽馬射線暴時，原本以為可以看到熟悉的千新星，結果卻有了不一樣的發現。

當時，NASA的尼爾·蓋爾斯威夫特天文臺首先發現了55億光年以外的一道亮光。作為專門捕捉伽馬射線暴這些宇宙高能事件的望遠鏡，它的預警系統馬上行動，聯繫到了世界各地的望遠鏡。隨後，位於智利甚大望遠鏡陣列、位於夏威夷的W.M.凱克天文臺、位於加州的拉斯坎布雷斯天文臺甚至是翱翔在太空的哈勃望遠鏡等全世界最先進的觀測設備都收到了通知，對準了宇宙深處的這個方向。

它們從各個波段對這次僅僅持續了2秒的伽馬射線暴進行了觀測和分析，表明這次千新星事件來自於兩顆中子星的併合。而當他們審視哈勃望遠鏡的近紅外波段數據時，問題出現了。

哈勃太空望遠鏡的觀測數據顯示，這次千新星事件所釋放的紅外線極其明亮，比理論上中子星碰撞所產生的紅外區強了10倍！

Fong介紹說：「這些觀測數據和短伽馬射線暴的傳統解釋並不匹配，根據我們對這次爆發的無線電和X射線數據的了解，甚至可以說是格格不入。即使是在哈勃的近紅外波段觀測，它也太亮了。」

人類的天體物理學理論再一次遭受到了挑戰。

英國巴斯大學的天文學家Tanmoy Laskar說：「隨著越來越多的數據出現，我們可以繪製一張我們看見的那些光源的產生機製圖像。我們需要徹底改變自己的思路，因為哈勃的額外信息讓我們意識到自己需要摒棄以往的理論，去看看正在上演的新的天文現象。然後，我們需要搞清楚這些極端高能爆炸的背後有哪些物理學機制。」

我們知道，中子星是緻密星的一種，一般來自於死亡恆星的核心。這種天體的質量在太陽的1.1到2.5倍之間，但是這些物質高度集中，以至於體積非常小，直徑可能只有10-20公裡，表面積還不如一座普通的城市大。

而如果是兩顆這樣恐怖的天體發生碰撞，那就會釋放出極其巨大的能量，同時還伴隨著強大的伽馬射線暴。雙中子星的併合，可能會產生黑洞，前提就是併合後的質量超過了奧本海默極限。比如著名的GW 170817，很可能最終就在原處留下了一個黑洞（距離太過遙遠已經無法探測）。

和它不同的是，GRB 200522A千新星的近紅外亮度暗示我們：它留下的產物可能並不是黑洞，而是另外一種恐怖的天體，那就是磁星。

磁星的特點我們已經在開篇介紹過了，它們的恐怖磁場使它們在宇宙中特立獨行，雖然也是中子星的一種，但磁場卻比普通中子星強1000倍以上。

Laskar介紹說：「本質上說，這些磁場線都固定在這顆星球上，並且每秒鐘能夠自轉超過1000次，從而產生一股強大的磁化風。這些旋轉的磁場線獲得了中子星併合過程中的能量，並且注射到爆發出的噴射物中，於是使它更加明亮。」

目前來說，這也只是個猜想，需要更多的觀測來證明。但是迄今為止，人類觀測並確認的磁星只有24顆，相當有限，這也給相關研究帶來了很大的限制。如果在GRB 200522A事件中，兩顆中子星真的併合成為了磁星，那麼對於我們了解這種神秘天體的形成機制將有極大的幫助。而在此之前，科學家們更多地認為磁星來自於超新星爆發。

Fong指出：「我們知道宇宙中有磁星存在，因為我們已經在銀河系內觀測到過。我們認為磁星基本上是大質量恆星爆發而死亡後留下的中子星，在高度磁化後形成的。不過，有一小部分磁星或許來自於中子星的併合。我們此前從沒有發現相關的線索，更不用說在紅外波段，因此這一次的發現尤其值得注意。」

（圖片說明：科學家模擬雙中子星併合產生磁星的過程）

不過，現在他們還不能下結論，畢竟不論是千新星還是磁星，人類的了解都還非常有限。比磁星更尷尬的是，人類迄今為止也只對GW 170817這一次千新星有非常深入的探索和研究。雙緻密星的併合不是能夠經常看見的，科學家需要把握住每一次機會，才能接近宇宙中最極端的物理法則，了解那些宇宙中最極端的天體。

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