X射線爆發20秒內釋放的能量,相當於太陽在10天內釋放的總和!

美國宇航局在國際空間站上的中子星內部合成探測望遠鏡(NICER)檢測到一次突然出現的高能X射線爆發。這次爆炸是由脈衝星表面巨大的熱核閃光引起，脈衝星是很久以前作為超新星爆炸的一顆恆星殘骸。X光爆發是迄今為止中子星內部合成探測望遠鏡觀察到最亮的一次，來自一個名為SAX J1808.4-3658的天體，簡稱J1808。這些觀測揭示了許多從未在一次爆發中一起被觀察到的現象。此外，由於天文學家還無法解釋的原因，下沉的光又短暫地變亮了。

美國宇航局戈達德太空飛行中心和馬裡蘭大學學院公園分校的天體物理學家，首席研究員彼得·博特(Peter Bult)表示：這次爆發非常突出，看到亮度的兩步變化，我們認為這是由脈衝星表面的單獨層噴射引起，以及其他有助於解碼這些強大事件的物理特徵。這次爆炸被天文學家歸類為I型X射線爆發，在20秒內釋放的能量相當於太陽在近10天內釋放的能量。這次創紀錄的噴發，捕捉到的細節更好，將有助於天文學家微調對驅動它和其他爆發脈衝星熱核耀斑物理過程的理解。

脈衝星是一種中子星，是當一顆巨大的恆星耗盡燃料，在自身重量下坍塌並爆炸時，留下的小型核心。脈衝星可以快速自轉，並在磁極上承載X射線發射熱點。當物體旋轉時，它掃過我們視線上的熱點，產生有規律的高能輻射脈衝。J1808位於人馬座大約11000光年遠的地方，它以令人眼花繚亂每秒401轉的速度自轉，並且是雙星系統的一員，它的同伴是一顆棕矮星，比一顆巨大的行星還要大，但太小了，不能成為一顆恆星。一股穩定的氫氣氣流從伴星流向中子星，並積累在一種稱為吸積盤的巨大存儲結構中。

吸積盤中的氣體不容易向內移動，但是每隔幾年，像J1808這樣的脈衝星周圍的圓盤就會變得非常稠密，以至於大量的氣體被電離或剝離其電子。這使得光更難通過圓盤移動，被捕獲的能量開始了一個失控的加熱和電離過程，這個過程捕獲了更多能量。氣體變得更難流動，開始向內螺旋，最終落到脈衝星上。氫氣降到脈衝星表面形成一個熾熱的，不斷加深的全球「海」。在這一層的底部，溫度和壓力不斷升高，直到氫核融合形成氦核，氦核產生能量。

NICER副首席研究員，合著者之一Zaven Arzoumanian解釋說：氦沉澱下來並建立了自己的一層，一旦氦層有幾米深，條件能讓氦原子核融合成碳。然後氦爆炸噴發，並在整個脈衝星表面釋放出熱核火球。天文學家採用愛丁頓極限的概念（以英國天體物理學家阿瑟·愛丁頓爵士命名）來描述一顆恆星在輻射導致恆星膨脹之前所能擁有的最大輻射強度。這一點很大程度上取決於位於發射源上方組成。該研究的合著者、劍橋麻省理工學院的物理學教授迪普託·查克拉巴蒂(Deepto Chakrabarty)說：

研究以一種新的方式利用了這個概念，顯然在同一X射線爆發中看到了兩種不同成分的愛丁頓極限。這是一種非常有力和直接的方式來跟蹤作為事件基礎的核燃燒反應。隨著爆發的開始，數據顯示，X射線亮度穩定了近一秒，然後又以較慢的速度增加。研究人員將這種「停滯」解釋為爆炸能量積累到足以將脈衝星的氫層吹向太空的時刻。火球繼續積聚了兩秒鐘，然後達到了頂峰，吹走了更大質量的氦層。氦膨脹得更快，在氫層消散之前超過了氫層，然後減速，停止，並回到脈衝星表面上。

在這個階段之後，由於研究團隊還不清楚的原因，脈衝星又短暫地變亮了大約20%。在J1808近一輪的活動中，NICER探測到了另一個更微弱的X射線爆發，它沒有顯示出在之前事件中觀察到的任何關鍵特徵。除了探測到不同層的膨脹外，對爆炸的更好觀察揭示了X射線從吸積盤反射出來，並記錄了「爆發振蕩」的閃爍，即以脈衝星自旋頻率上升和下降的X射線信號，但發生在與其正常X射線脈衝相關熱點不同的表面位置，其研究發現發表在《天體物理學》期刊上。