我科研人员发现66亿光年外独特信号

2019-04-12 16:42:08 来源: 光明日报

本报合肥4月11日电(记者常河)借助美国宇航局的钱德拉空间望远镜所完成的当今世界上最深最灵敏的X射线巡天观测——七百万秒钱德拉南天深场,中国科学技术大学薛永泉教授等人发现了一个持续约7小时的独特X射线辐射信号,这个信号来自约66亿光年外。各种关键观测数据均表明,该信号极有可能源于双中子星合并之后产生的磁星。

中子星是宇宙中最为神奇的天体之一,它几乎全部由中子组成,具有超高密度(为水密度的上亿倍)、超强磁场(为地表磁场的上亿倍)等极端物理属性,是检验基本物理规律极佳的天然实验室。然而,迄今为止,人们对于中子星自身基本属性的认识还是相对模糊的。例如,在宇宙中时有发生的双中子星合并会产生什么?

主流的研究观点认为双中子星合并之后直接产物是黑洞。但南京大学戴子高教授等人最早预言,若中子星压强随核物质密度的变大而显著增加,则双中子星合并会产生新的特殊的中子星——磁星。

磁星,表面磁场比目前人类实验室能制造出来的最强磁场还强上亿倍。它具有超高的自转速度,每秒自转几百上千周。由于磁星的快速自转,即使它的质量超过中子星质量上限,其离心力也能帮助它短期抗衡自身的强大引力,因而不会坍缩成黑洞。

双中子星合并会释放强烈的引力波辐射,同时还会在周边抛出大量物质。磁星具有强引力,快速吸入抛出物质,并在两极方向产生一个只持续几秒钟的超高速、准直的喷流。假如喷流方向恰好对着地球,地球附近就能在短时间内探测到大量的高能量伽玛射线,即天体物理所称的短伽玛暴。同时,磁星还会产生持续时间较长的基本各向同性的X射线爆发,可在偏离喷流的方向被探测到。

中国科学技术大学领衔的研究团队观测到了这种以前只存在于理论猜想中的新型X射线信号,在国际上首次证实了双中子星并合直接产物可以是磁星。该成果于4月11日在线发表在《自然》杂志。

这一发现证实了双中子星并合直接产物可以是大质量毫秒磁星,排除了一批核物质模型,明确了一系列关于中子星物态方程与极高磁场强度等基本物理特质,进而深化了对中子星基本属性的认识。

即使没有看到短伽玛暴,人们也能通过磁星的X射线辐射来了解双中子星合并以及中子星自身的更多秘密。来自66亿光年外的光辉,为未来的引力波探测和中子星研究带来新的方向。

中国科大物理学院天文系薛永泉是该论文的第一兼通讯作者,其硕士研究生郑学琛与美国内华达大学张冰教授为论文共同通讯作者,北京大学李晔博士与紫金山天文台吴雪峰研究员等人为论文主要作者。

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