我科研人員發(fā)現(xiàn)66億光年外獨(dú)特信號(hào)

常河

借助美國(guó)宇航局的錢德拉空間望遠(yuǎn)鏡所完成的當(dāng)今世界上最深最靈敏的X射線巡天觀測(cè)——七百萬秒錢德拉南天深場(chǎng)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)薛永泉教授等人發(fā)現(xiàn)了一個(gè)持續(xù)約7小時(shí)的獨(dú)特X射線輻射信號(hào)，這個(gè)信號(hào)來自約66億光年外。各種關(guān)鍵觀測(cè)數(shù)據(jù)均表明，該信號(hào)極有可能源于雙中子星合并之后產(chǎn)生的磁星。

中子星是宇宙中最為神奇的天體之一，它幾乎全部由中子組成，具有超高密度（為水密度的上億倍）、超強(qiáng)磁場(chǎng)（為地表磁場(chǎng)的上億倍）等極端物理屬性，是檢驗(yàn)基本物理規(guī)律極佳的天然實(shí)驗(yàn)室。然而，迄今為止，人們對(duì)于中子星自身基本屬性的認(rèn)識(shí)還是相對(duì)模糊的。例如，在宇宙中時(shí)有發(fā)生的雙中子星合并會(huì)產(chǎn)生什么？

主流的研究觀點(diǎn)認(rèn)為雙中子星合并之后直接產(chǎn)物是黑洞。但南京大學(xué)戴子高教授等人最早預(yù)言，若中子星壓強(qiáng)隨核物質(zhì)密度的變大而顯著增加，則雙中子星合并會(huì)產(chǎn)生新的特殊的中子星——磁星。

磁星，表面磁場(chǎng)比目前人類實(shí)驗(yàn)室能制造出來的最強(qiáng)磁場(chǎng)還強(qiáng)上億倍。它具有超高的自轉(zhuǎn)速度，每秒自轉(zhuǎn)幾百上千周。由于磁星的快速自轉(zhuǎn)，即使它的質(zhì)量超過中子星質(zhì)量上限，其離心力也能幫助它短期抗衡自身的強(qiáng)大引力，因而不會(huì)坍縮成黑洞。

雙中子星合并會(huì)釋放強(qiáng)烈的引力波輻射，同時(shí)還會(huì)在周邊拋出大量物質(zhì)。磁星具有強(qiáng)引力，快速吸入拋出物質(zhì)，并在兩極方向產(chǎn)生一個(gè)只持續(xù)幾秒鐘的超高速、準(zhǔn)直的噴流。假如噴流方向恰好對(duì)著地球，地球附近就能在短時(shí)間內(nèi)探測(cè)到大量的高能量伽瑪射線，即天體物理所稱的短伽瑪暴。同時(shí)，磁星還會(huì)產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的基本各向同性的X射線爆發(fā)，可在偏離噴流的方向被探測(cè)到。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)觀測(cè)到了這種以前只存在于理論猜想中的新型X射線信號(hào)，在國(guó)際上首次證實(shí)了雙中子星并合直接產(chǎn)物可以是磁星。該成果于4月11日在線發(fā)表在《自然》雜志。

這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了雙中子星并合直接產(chǎn)物可以是大質(zhì)量毫秒磁星，排除了一批核物質(zhì)模型，明確了一系列關(guān)于中子星物態(tài)方程與極高磁場(chǎng)強(qiáng)度等基本物理特質(zhì)，進(jìn)而深化了對(duì)中子星基本屬性的認(rèn)識(shí)。即使沒有看到短伽瑪暴，人們也能通過磁星的X射線輻射來了解雙中子星合并以及中子星自身的更多秘密。來自66億光年外的光輝，為未來的引力波探測(cè)和中子星研究帶來新的方向。