美國(guó)國(guó)家航空航天局望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)神秘深空信號(hào)的新線索 _美國(guó)

在這位藝術(shù)家的概念中，一顆磁星被描繪成向太空中失去物質(zhì)，這種噴射可能會(huì)導(dǎo)致其旋轉(zhuǎn)變慢。磁星強(qiáng)烈扭曲的磁場(chǎng)線（顯示為綠色）會(huì)影響來(lái)自該物體的帶電物質(zhì)的流動(dòng)，該物體是中子星的一種。圖像：美國(guó)國(guó)家航空航天局/JPL加州理工學(xué)院
據(jù)美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：使用該機(jī)構(gòu)的兩臺(tái)X射線望遠(yuǎn)鏡，研究人員能夠放大一顆死星釋放出明亮、短暫的無(wú)線電波爆發(fā)時(shí)的異常行為。
是什么導(dǎo)致了來(lái)自深空的神秘?zé)o線電波爆發(fā)？天文學(xué)家可能離給出這個(gè)問(wèn)題的答案更近了一步。兩臺(tái)美國(guó)國(guó)家航空航天局X射線望遠(yuǎn)鏡最近觀測(cè)到一次這樣的事件——被稱(chēng)為快速射電暴——發(fā)生前后僅幾分鐘。這一前所未有的觀點(diǎn)使科學(xué)家們走上了更好地了解這些極端無(wú)線電事件的道路。
雖然它們只持續(xù)幾分之一秒，但快速射電暴釋放的能量大約相當(dāng)于太陽(yáng)一年的能量。它們的光也形成類(lèi)似激光的光束，將它們與更混亂的宇宙爆炸區(qū)分開(kāi)來(lái) 。
因?yàn)楸l(fā)非常短暫，通常很難確定它們來(lái)自哪里。在2020年之前，那些被追蹤到其源頭的恒星起源于我們銀河系之外——對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)太遠(yuǎn)了，無(wú)法看到是什么創(chuàng)造了它們。隨后，一場(chǎng)快速射電暴在地球的主星系爆發(fā)，起源于一種名為磁星的密度極高的物體——一顆爆炸恒星的坍塌殘骸。
2022年10月，同一顆磁星——稱(chēng)為SGR 1935+2154——產(chǎn)生了另一次快速射電暴，這一次由美國(guó)國(guó)家航空航天局在國(guó)際空間站上的NICER（中子星內(nèi)部成分探測(cè)器）和低地球軌道上的NuSTAR（核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列）進(jìn)行了詳細(xì)研究。望遠(yuǎn)鏡觀察磁星數(shù)小時(shí)，捕捉到快速射電暴前后源物體表面及其周?chē)l(fā)生的情況。2月14日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)新研究描述了這些結(jié)果，這是美國(guó)國(guó)家航空航天局望遠(yuǎn)鏡如何合作觀察和跟蹤宇宙中短期事件的一個(gè)例子。
爆發(fā)發(fā)生在兩次“故障”之間，當(dāng)時(shí)磁星突然開(kāi)始加速旋轉(zhuǎn) 。據(jù)估計(jì)，SGR 1935+2154直徑約為12英里（20公里），每秒旋轉(zhuǎn)約3.2次，這意味著其表面以約7000英里/小時(shí)（11000公里/小時(shí)）的速度移動(dòng) 。減慢或加快它的速度都需要大量的能量。這就是為什么研究作者驚訝地發(fā)現(xiàn)，在故障之間，磁星在短短9個(gè)小時(shí)內(nèi)減速到低于故障前的速度，比磁星中觀察到的速度快100倍左右。
“通常情況下，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，磁星需要幾周或幾個(gè)月才能恢復(fù)正常速度，”臺(tái)灣國(guó)立彰化教育大學(xué)的天體物理學(xué)家、新研究的主要作者胡金平說(shuō) 。“所以很明顯，這些物體發(fā)生的事情比我們之前想象的要短得多，這可能與射電暴產(chǎn)生的速度有關(guān) 。”
旋轉(zhuǎn)周期
當(dāng)試圖拼湊出磁星如何產(chǎn)生快速射電暴時(shí) ，科學(xué)家們有很多變量要考慮。
例如，磁星（中子星的一種）密度非常大，一茶匙的磁星物質(zhì)在地球上的重量約為10億噸。如此高的密度也意味著強(qiáng)大的引力:一顆棉花糖落到一顆典型的中子星上會(huì)產(chǎn)生早期原子彈的沖擊力。
強(qiáng)大的引力意味著磁星表面是一個(gè)不穩(wěn)定的地方，定期釋放X射線和高能光的爆發(fā) 。在2022年發(fā)生快速射電暴之前，磁星開(kāi)始釋放X射線和伽馬射線（甚至更高能的光波長(zhǎng)）噴發(fā)，這些射線是在高能太空望遠(yuǎn)鏡的外圍視野中觀察到的。這種活動(dòng)的增加促使任務(wù)操作員將NICER和NuSTAR直接指向磁星。
該研究的合著者、馬里蘭大學(xué)帕克學(xué)院和美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心的科學(xué)家Zorawar Wadiasingh說(shuō):“在這次故障之前發(fā)生的所有X射線爆發(fā) ，原則上都有足夠的能量產(chǎn)生快速射電暴，但它們沒(méi)有。”“因此，在經(jīng)濟(jì)放緩期間似乎發(fā)生了一些變化，創(chuàng)造了一系列合適的條件。”
SGR 1935+2154還可能發(fā)生了什么事情來(lái)產(chǎn)生快速射電暴？一個(gè)因素可能是磁星的外部是固體，高密度將內(nèi)部擠壓成一種叫做超流體的狀態(tài) 。偶爾，兩者會(huì)不同步，就像水在旋轉(zhuǎn)的魚(yú)缸里晃蕩一樣。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，流體可以向地殼輸送能量。論文作者認(rèn)為這可能是導(dǎo)致快速無(wú)線電爆發(fā)的兩個(gè)小故障的原因。
如果最初的故障導(dǎo)致磁星表面出現(xiàn)裂縫，它可能會(huì)像火山爆發(fā)一樣將恒星內(nèi)部的物質(zhì)釋放到太空中。失去質(zhì)量會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)的物體減速，因此研究人員認(rèn)為這可以解釋磁星的快速減速。
但是，由于只實(shí)時(shí)觀察了其中一次事件，該團(tuán)隊(duì)仍然無(wú)法確定這些因素中的哪一個(gè)（或其他因素，如磁星的強(qiáng)大磁?。┛贍艿賈驢燜偕淶綾┑牟?。有些可能根本與爆炸無(wú)關(guān) 。
“毫無(wú)疑問(wèn)，我們觀察到了一些對(duì)我們理解快速射電暴很重要的東西，”戈達(dá)德太空中心的研究員、專(zhuān)門(mén)研究磁星的NICER科學(xué)團(tuán)隊(duì)成員喬治·尤恩斯說(shuō) 。“但我認(rèn)為我們?nèi)匀恍枰嗟臄?shù)據(jù)來(lái)完成這個(gè)謎團(tuán) 。”
關(guān)于任務(wù)的更多信息
NuSTAR是加州理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)小型探索任務(wù)，由南加州美國(guó)國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室為該機(jī)構(gòu)的科學(xué)任務(wù)理事會(huì)管理，是與丹麥技術(shù)大學(xué)和意大利航天局（ASI）合作開(kāi)發(fā)的。該航天器由弗吉尼亞州杜勒斯的軌道科學(xué)公司制造。NuSTAR的任務(wù)操作中心位于加州大學(xué)伯克利分校，官方數(shù)據(jù)檔案位于美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心的美國(guó)國(guó)家航空航天局高能天體物理科學(xué)檔案研究中心。意大利航天局提供該任務(wù)的地面站和鏡像數(shù)據(jù)檔案。加州理工學(xué)院為美國(guó)國(guó)家航空航天局管理JPL 。
有關(guān)NuSTAR任務(wù)的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn):https://www.nustar.caltech.edu/
機(jī)遇號(hào)天體物理探測(cè)器NICER是國(guó)際空間站上的外部有效載荷。NICER由美國(guó)國(guó)家航空航天局的戈達(dá)德太空飛行中心管理和運(yùn)營(yíng)；其數(shù)據(jù)存檔在美國(guó)國(guó)家航空航天局的HEASARC 。美國(guó)國(guó)家航空航天局的探索者計(jì)劃利用太陽(yáng)物理和天體物理科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新、高效的管理方法，為從太空進(jìn)行世界級(jí)科學(xué)研究提供頻繁的飛行機(jī)會(huì) 。
有關(guān)NICER任務(wù)的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn):https://www.nasa.gov/nicer

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美國(guó)國(guó)家航空航天局望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)神秘深空信號(hào)的新線索