一个罕见宇宙现象的确凿证据

作者: 不二北斗

来源: 原理

发布日期: 2021-09-05

一篇发表在《科学》杂志上的新论文首次为双星系统中并合后引发的核心坍缩超新星现象提供了确凿证据,这一发现基于对甚大阵巡天(VLASS)和国际空间站上望远镜MAXI的观测数据。

我们的宇宙中,遍布着不同质量大小的恒星,它们有着各自的生命周期。当一颗大质量恒星耗尽其燃料并发生爆炸时,就会发生核心坍缩超新星。但并非所有的恒星都是孤立的,有的恒星是以双星系统的形式存在的。一些理论物理学家曾预言这样的场景:在双星系统中,当其中一颗大质量恒星先于另一颗爆炸时,会留下一个致密天体——黑洞或中子星。接着,如果致密天体与伴星并合,就可能引发相似的爆炸。

这种场景被理论学家称为“并合后引发的核心坍缩超新星”。然而一直以来,天文学家并没有观测到过这样的事件。现在,一篇发表在《科学》杂志上的新论文,首次为这种罕见事件提供了确凿证据。

这项发现的第一条线索源自于当天文学家检查甚大阵巡天(VLASS)从2017年开始观测的图像。当时,他们捕捉到了一个发出射电信号的明亮天体,其亮度与在地球上看到的超新星一样。

但是,在1994年至2005年的同一天空区域的VLA巡天数据中,并不存在这个信号。随后,他们利用VLA和凯克望远镜对这一天体进行了观测,确定了这个明亮的射电辐射源自于距地球约4.8亿光年之远的一个星系的外围。他们将其命名为VT J121001+495647。凯克望远镜捕捉到,有明亮的物质流从VT J121001+495647的中间位置以极高的速度向四面八方喷射而出。

对这种场景最简单的解释是,那里曾发生过一次高能爆炸。

再接着,当天文学家搜索在同一天空位置发生的不寻常天文事件档案时,他们从装载在国际空间站上的望远镜MAXI的档案数据中,发现了一个极其明亮的X射线源,这个X射线暴与2017年捕捉到的射电暴出现在同一位置,但发现时间是2014年。

通过将这些观测数据整合在一起,天文学家拼凑出了两颗大质量恒星之间的长达几个世纪的“死亡之舞”的迷人历史:在很久以前,一个双星系统诞生了。这里两颗恒星的质量都比太阳要大得多,彼此紧密地围绕着对方运行。其中,质量更大的一颗在正常的、核聚变驱动的生命周期中演化得更快,并爆炸成为超新星,形成一颗黑洞或者超致密中子星。

大约在300年前,这两个天体开始靠得越来越近,使得已死亡的那颗恒星进入了伴星的大气层。

此时,二者之间的相互作用开始将气体从伴星喷射到太空中,喷射出来的气体围绕着这一对双星系统呈螺旋状向外旋转,形成了一个不断膨胀的环面。最终,这颗已形成的黑洞或中子星向内进入了伴星的核心。通常情况下,在恒星的核心处发生的元素的有序聚变,能够产生足够的能量来防止核心因自身的引力而坍缩。然而,进入了伴星核心的黑洞或中子星会干扰那里的核聚变,使整个系统就会轰然倒塌,产生超新星。

在这个过程中,坠落的伴星可能短暂地形成了一个吸积盘,它紧紧围绕着“入侵者”运行,并以接近光速的速度将物质流向外喷射,穿过恒星。国际空间站上的MAXI所看到的X射线就是由这一喷射产生的,这证实了这一事件发生的日期是2014年。

天文学家指出,其实无论如何,这个双星系统中的伴星最终都会爆炸,并合只是加速了这一事件的发生。事件发生的时间。

在上半部分的图所显示的是黑洞或中子星剥离了恒星的外层,在其周围形成了一个圆盘状的物质;下半部分的图所显示的是黑洞破坏了恒星的核心,引发了超新星。天文学家所有碎片都聚集在一起,讲述了这样一个令人惊喜的故事。这似乎是对并合后引发的核心坍缩超新星的首次观察。另外天文学家表示,在过去的观测历史中,他们也曾捕捉到一些其他的奇怪现象,那些现象或许也是由类似的机制造成的。

只是对于那些天体,天文学家还没有收集到像VT J121001+495647那般丰富的数据,因此无法精确地确定事件的时间。现在,新的结果为这些现象设立了一个很好的模型,相信未来他们将能够识别出更多奇怪的事件。

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