隐居中子星可能是在著名的超新星中发现的

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什么是sn1987a?

自从天文学家在1987年2月24日捕捉到一颗恒星明亮的爆炸后,研究人员一直在寻找被挤压的恒星核心,而这颗恒星的核心本应被留下。一群天文学家利用美国宇航局太空任务和地面望远镜的数据,可能最终找到了它。

超新星1987A(简称sn1987a)是近400年来第一颗肉眼可见的超新星,引起了科学家们的极大兴趣,并很快成为天空中研究最多的天体之一。这颗超新星位于大麦哲伦星云中,这是我们银河系的一个小伴星系,距离地球只有17万光年。当天文学家看到碎片从爆炸现场向外爆炸时,他们也在寻找恒星核心应该留下的东西:中子星。

来自美国宇航局钱德拉X射线天文台的数据和此前未公布的来自美国宇航局核子光谱望远镜阵列(NuSTAR)的数据,加上去年报道的地面阿塔卡马大型毫米波阵列(ALMA)的数据,现在呈现了一组有趣的证据,证明SN中心存在中子星1987A年。

“34年来,天文学家一直在筛选SN1987A的恒星碎片,以找到我们预期的中子星,”该研究的负责人、意大利巴勒莫大学的伊曼努埃尔·格雷科说。“已经有很多线索被证明是死胡同,但我们认为我们的最新结果可能会有所不同。”

当一颗恒星爆炸时,它会在外层爆炸进入太空之前自行坍塌。地核的压缩使它变成一个密度极高的物体,太阳的质量被压缩成一个直径只有10英里的物体。这些天体被称为中子星,因为它们几乎完全由密集的中子构成。它们是地球上无法复制的极端物理实验室。

快速旋转和高度磁化的中子星,被称为脉冲星,产生一束像灯塔一样的辐射,当它的旋转扫过天空时,天文学家将其检测为脉冲。有一部分脉冲星从表面产生风,有时几乎以光速产生,形成复杂的带电粒子和磁场结构,称为“脉冲星风星云”

在钱德拉和努斯塔的帮助下,研究小组发现SN1987A碎片撞击周围物质的能量相对较低的X射线。研究小组还发现了利用NuSTAR探测高能X射线的能力发现高能粒子的证据。

对于这种高能X射线发射,有两种可能的解释:要么是脉冲星风星云,要么是被爆炸冲击波加速到高能的粒子。后一种效应不需要脉冲星的存在,而是发生在离爆炸中心很远的地方。

最新的X射线研究支持了脉冲星风星云的观点,这意味着中子星肯定在那里,它在几个方面反对冲击波加速的假设。首先,2012年至2014年间,高能X射线的亮度保持不变,而澳大利亚望远镜紧凑型阵列探测到的射电发射则有所增加。这与爆炸波情景的预期背道而驰。下一步,作者估计要用将近400年的时间将电子加速到NuSTAR数据中所见的最高能量,这比残骸的年龄要老10倍多。

同样来自巴勒莫大学的合著者马可·米切利说:“天文学家们一直在想,是否没有足够的时间形成脉冲星,或者SN1987A是否创造了一个黑洞。”。“这几十年来一直是一个谜,我们非常高兴能用这个结果带来新的信息。”

钱德拉和努斯塔的数据也支持了ALMA 2020年的结果,该结果为毫米波段脉冲星风星云的结构提供了可能的证据。虽然这个“斑点”还有其他可能的解释,但它被确认为脉冲星风星云可以用新的X射线数据来证实。这是更多的证据支持有一个中子星留下的想法。如果这确实是SN1987A中心的一颗脉冲星,它将是迄今为止发现的最年轻的一颗。“

从脉冲星诞生之日起就能够观测到它,这将是史无前例的,”意大利国家天体物理研究所(INAF)巴勒莫天文台(Palermo Asternomical Observatory)的合作者Salvatore Orlando说。“这可能是研究婴儿脉冲星发展的千载难逢的机会。”

sn1987a的中心被气体和尘埃包围。作者利用最先进的模拟技术来了解这种材料如何吸收不同能量的X射线,从而能够更准确地解释X射线光谱,即不同能量的X射线数量。这使他们能够在没有遮蔽材料的情况下估计sn1987a中心区域的光谱。通常情况下,需要更多的数据来加强脉冲星风星云的情况。在未来的观测中,无线电波的增加,伴随着相对高能X射线的增加,将与这一观点相悖。另一方面,如果天文学家观测到高能X射线的减少,那么脉冲星风星云的存在将得到证实。

围绕在脉冲星周围的恒星碎片通过大量吸收其低能X射线发射而发挥着重要作用,使其目前无法被探测到。该模型预测,这种物质将在未来几年内分散,这将降低其吸收能力。因此,脉冲星发射预计将在10年左右出现,揭示了中子星的存在。一篇描述这些结果的论文将于本周在《天体物理学杂志》上发表,预印本也可在线获取。论文的其他作者还有巴勒莫国家原子能研究所的芭芭拉·奥尔米和法布里齐奥·博奇诺;日本理工大学天体物理大爆炸实验室的长崎志弘和小野正美;日本九州大学的阿基拉·多希和巴勒莫大学的乔瓦尼·佩雷斯。

美国宇航局的马歇尔太空飞行中心管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥的科学和马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。NuSTAR是由加州理工学院领导的小型探险家任务,由美国宇航局喷气推进实验室为该机构在华盛顿的科学任务理事会管理。NuSTAR是与丹麦技术大学和意大利航天局合作开发的。这艘飞船是由位于弗吉尼亚州杜勒斯的轨道科学公司(现为诺斯罗普格鲁曼公司的一部分)建造的。NuSTAR的任务操作中心在加州大学伯克利分校,官方数据档案在美国宇航局高能天体物理科学档案研究中心。ASI提供了任务的地面站和镜像档案。JPL是加州理工学院的一个分部。


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