死的“吸血鬼”恒星正在吃食一个同伴并发射出宇宙炮弹

By Robert Lea

2023/8/31

Science & Astronomy

   “巨大量的类似于宇宙炮弹的物质在一个很简短的时间段内被发射进太空”。

一幅显示脉冲星PSR J1023+0038从一个伴星剥离物质的描画。. (Image credit: ESO/M. Kornmesser)

 天文学家已经解密了一颗死的恒星正贪婪享用一个恒星伴星的秘密行为。

这颗被指定为PSR J1023 + 0038或简称J1023奇怪行为的脉冲星或快速自旋的中子星位于大约4500光年远处。当来自它的两极爆炸的辐射束周期的扫过地球时，它似乎恒定的在两种分明的亮度模式之间切换。

天文学家起初真的不能解释这种行为，但现在一组研究人员可能已经解决了这个难题。他们发现了脉冲星的亮度模式是这个天体在很短的时间周期内吐出物质的结果。

研究团队负责人兼阿布扎比纽约大学科学家玛利亚克里斯提娜巴格丽奥在一份声明中说 ，“我们已经目睹了超常的宇宙事件，在那里巨大量的物质类似于宇宙炮弹在一个非常短的几十秒时间段内被从一个小的密的以令人难以置信的高速旋转的天体发射进太空”。

极端的恒星和令人费解的脉冲星

像所有中子星一样，当大质量恒星到达它们的生命尽头耗尽它们的用于内在核聚变过程的燃料供应时脉冲星被诞生。当时在这些恒星的核中这种核燃烧停止，向外的能量流停止提供足够的压力来支持天体反对它们自身引力的向内推动。

结果是已经定义恒星的存在数十亿年的平衡行为结束------引力是一个胜利者。

 然后，恒星的核经历一个引力坍塌，而它的外层在一个超新星爆炸中被炸掉。当这个坍塌的恒星核有一个介于太阳的质量和两倍我们恒星质量之间的质量时，当它的宽度缩小到这里地球上一个城市的宽度时，它诞生一颗中子星。

包含这颗死星的物质被这次坍塌如此完全的压缩，被考虑为是宇宙中最密的已知物质。例如，一块方糖大小的中子星物质会称重多达10亿吨。这大约是金门大桥重量的1000倍。

这种快速的恒星坍塌还有其他后果。

就像滑冰运动员在一个例行过程中收回他们的手臂来加速起来一样，恒星核的半径中的一个快速减小意味着中子星有一个广大的增加的旋转速度------一些年轻的中子星自旋高达每秒700圈。

这意味着当它们作为脉冲星从它们的两极爆炸出辐射时，这些恒星尸体展示令人难以置信的精确计时机制。

此外，恒星核的坍塌能将恒星的磁力线一起推，造成它们来广大的增加强度并创造一些已知宇宙中最强大的磁场。

然而，甚至在它的极端的恒星残骸分类中，J1023脱颖而出。

在过去的十年里，天文学家已经目睹了脉冲星从它的伴星拉物质。这种被盗的物质围绕脉冲星本身形成一种叫一个吸积盘的结构，从那里团块被逐渐的虹吸到它的表面。.

自从J1023的吃食行为开始以来，来自它的两极发射的辐射束已经都消失了，脉冲星已经从一个“高功率”模式切换到一个“低功率”模式。在前一种模式期间，脉冲星以X射线、紫外线和可见光明亮的照耀，而在后者模式期间它出现更暗并发射低能量无线电波。

脉冲星在再次切换之前呆在一个特定模式中小至几秒钟或长至几分钟。

宇宙炮弹！

Baglio及其同事用12台太空和地面望远镜观测了J1023，包括非常大望远镜（VLT）和阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）。两者都位于智利北部，跨 2021 年 6 月的两个晚上被科学家利用。 这次观测活动允许团队来观察脉冲星开关模式280多次。研究人员最终发现了这种模式切换源自从脉冲星吹出的高能粒子流（叫脉冲星风）和落向它的物质之间的一个相互作用。

当它处于它的低功率模式时，脉冲星似乎以从吸积盘以一个被定向90度的窄射流的形式驱逐一些流向它的物质。

随这种情况正在发生，在这个靠近脉冲星积聚的喷射中物质没有被驱逐。这个物质被脉冲星风撞击并开始加热起来。这将脉冲星放入它的高功率模式，物质在X射线、紫外线和可见光中明亮的辉光。

渐渐的，来自脉冲星的射流削掉了这个近似热和发光的物质，像宇宙炮弹一样发射它们出去。这样去除热物质并造成系统再次变暗，造成它切换回它的低功耗相位。

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虽然这个秘密可能已经被解决，但天文学家还没有做J1023的观测。

特别是，目前正在智利北部阿塔卡马沙漠地区建造的极端大望远镜（ELT）可以帮助天文学家以前所未有的细节研究J1023的切换机制。

意大利国家天体物理研究所研究合著者和研究主任瑟尔齐奥卡姆帕纳在声明中说，“极端大望远镜将允许我们来获得围绕脉冲星流入物质的丰度、分布、动力学和能量怎样被模式切换行为影响的关键洞察”。

该团队的结果发表在 Astronomy & Astrophysics期刊上。