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奇异恒星激起时空涟漪?真相何在?
  • 内容来源:本站原创
  • 网站编辑:kate
  • 发布时间:2017.08.27
奇异恒星激起时空涟漪?真相何在?
插图显示,两颗即将相撞的中子星在相互靠近时产生了时空涟漪。
插图:NASA
 
By Nadia Drake
 
  本周,美国天文学会第16届年会的高能天体物理学分会上,学者们的讨论炸开了锅。他们都在等待两颗死亡恒星之间可能爆炸的报告。如果传言属实,那么,科学家们或许已经检测到了两颗中子星融合时产生的时空涟漪。
 
  这些涟漪,名为引力波。2015年,LIGO(激光干涉引力波天文台)科学合作组织曾首次直接检测到了引力波。那次发现的天文事件,连同被证实的另外两次,都是两个黑洞相碰撞时产生的。
 
  这次,天文学家可能检测到了两颗恒星相互碰撞并最终融合时产生的引力波。似乎这次融合在宇宙中留下了经久不衰的印迹,许多科研团队都在竞相使用地球上最先进的仪器进行观测。
 
  今天,LIGO团队和欧洲处女座干涉仪天文台团队宣布最近一次寻找时空涟漪的观测结束,并只宣布他们发现了一些“有前景的引力波候选对象”。我们只能等待这两个团队在核查并确认数据之后宣布最终结果。
 
  与此同时,LIGO观测到恒星死亡最终阶段的这一可能性,让我们不禁发问:我们对中子星究竟了解多少?为什么我们要关注它们?
 
中子星到底是什么?
 
  顾名思义,中子星几乎全部由中子构成(中子是不带电的亚原子粒子)。当那些比太阳的体积、亮度都大得多的恒星耗尽热核燃料,并发生剧烈的超新星爆发之后,便会形成中子星。恒星的外层被炸到太空当中,其内核向内塌缩,并形成一个球体。这个球体与旧金山市大小相似,但质量起码与我们的太阳相同。这类恒星自转的速度非常快,是除了黑洞之外密度最大的天体:一块方糖大小就重约10亿吨。
 
哇哦,听起来像是吹牛。
 
  对头。还有更奇异的。
 
  之所以说中子星是死的,是因为它们的内核里不再熔融元素,因此也不会像太阳一样发光。但是它们也并不死寂。中子星的磁场比地球磁场强10的15次方倍,其引力比地球引力强约1000亿倍。换言之,如果你想完好无损,你绝对不想靠近这玩意儿。
 
如果它们不发光,我们是怎么看到它们的?
 
  其实,方法有好几种。中子星,为天文学上最著名发现之一奠定了基础。50年前的这个月,当时的研究生Jocelyn Bell Burnell观测到天空中一个平常的点发出的电波脉冲。这个持续的脉冲周期均匀,让当时的人们猜测可能是外星人在发送信息。
 
  后来发现是一颗中子星在捣鬼。当某些中子星自转时,会发出电磁辐射聚焦束。当这些聚焦束抵达地球时,就会形成电磁波脉冲。最终,这类中子星被人们称作脉冲星。除了电磁波,由于中子星的表面极热,高达100万度左右,因此,它还会发出X射线。
 
为什么我们要关注这些致密的死星?
 
  天文学家研究这种怪异的天体,是为了验证物理学上某些非常基础的理论。简单来说,相互碰撞的中子星或许是宇宙中的“珠宝商”,它们创造了一些金子之类的贵金属。
 
  据美国加州大学圣克鲁兹分校的Enrico Ramirez-Ruiz称,贵金属形成的过程如下:碰撞的中子星释放出的中子流迅速与周围的任何重核结合,最终形成比铁更重的元素,如金、银和铂。这一过程被称作快速中子俘获过程(或r过程)。中子星融合和超新星爆发过程中都会出现r过程,不过,现在的科学家认为,中子星融合时的“回旋舞”是宇宙中金元素的主要来源。中子星单次撞击产生的金元素就与木星的质量相当。
 
这些金属是怎么到达地球,又到我手中的?
 
  Ramirez-Ruiz称,中子星融合过程中产生的贵金属,最终会像饼干中的巧克力条一样分散在宇宙中。如果另一颗恒星恰巧在这些“巧克力条”附近生成,那么,贵金属就会融入诞生新恒星的气团,进而进入恒星及其行星当中。
 
  由于最早期的地球曾是一团瑟瑟发抖的、融化的物质,其最初的金原子都沉入了内核。之后,撞击地球的小行星又带来了金子,将这种珍贵而又闪闪发光的东西撒在了地壳上。
 
好吧。那么,为什么我们要在乎能不能实际看到中子星碰撞?
 
  原因之一在于,它们究竟是不是宇宙中的“珠宝商”,这一点还有些争议。尽管物理原理说得通,但是,存在已久的一个理论认为,宇宙中大多数金子都是超新星创造的。
 
  如果我们真的看到中子星的碰撞过程,将有助于平息这场争论,因为r过程应该是可被观测的。科学家可以使用红外望远镜,如美国宇航局的斯皮策太空望远镜,观测碰撞过程,寻找元素形成的迹象。观测中子星融合,还有可能知晓融合后会形成什么样的天体。碰撞可能会产生一个黑洞,甚至产生由某些奇怪物质形态构成的一类短命恒星。
 
为什么我们会认为LIGO已经观测到了碰撞过程?
 
  无需花太多时间去关注流言,现有已公开的(间接)证据已经表明,LIGO团队已经探测到了一个引力波信号。该信号可以用不同的电磁波长观测到,而这恰好是中子星融合时应该出现的现象。
 
  从上周开始,地球上及地球之外的许多望远镜都迅速转向8月17日NGC4993星系传过来的一次短暂的伽马射线爆发。这次伽马射线爆发的编号为GRB170817A,也恰好是两颗中子星碰撞后应该出现的现象。
 
  哈勃太空望远镜和钱德拉X射线天文台的观测使用记录,清晰地表明,它们被人用于探测引力波与GRB170817A伽马射线爆发。欧洲南方天文台的几架望远镜也在朝着同一点观测。
 
  但是,在正式宣布之前,LIGO团队应该是想尽量确定这个引力波信号是真实的,并确定这次的引力波和伽马射线爆发都来自同一个天体。这需要花些时间。
 
  LIGO团队的发言人、来自麻省理工的David Shoemaker说:“我们真的想有机会弄懂我们所收集的数据,并确保我们对所公布的消息有信心。此时此刻若发布更多信息,很有可能需要在未来几周进行撤回或修正。我们将尽力尽快地努力!”
 
(译者:mikegao)
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