多年來,天文學家透過探索人類肉眼不可見的電磁波譜區域,獲得了對宇宙的新視角。更微妙的是,他們也學會了拓寬對時間的看法,尋找那些發生得如此之快以至於我們可能永遠不會注意到的事件。美國國家航空航天局的軌道羅西X射線時序探測器(RXTE)在洞察力方面具有巧妙的天賦(請參見側欄)。它專注於來自超密物體(如中子星和黑洞)周圍劇烈過程產生的高能X射線。與之前的X射線觀測站不同,RXTE可以觀測到閃電般快速的閃爍——在某些情況下,每秒數千次——這揭示了其潛在現象前所未有的細節。
X射線天空看起來與我們熟悉的天空大不相同。當透過RXTE的眼睛看到時,天空閃爍著來自一類被稱為X射線雙星的變星的輻射。在這些不匹配的雙星中,其中一個成員已經演變成一顆直徑僅20公里的緻密恆星屍體——中子星,或者演變成一個更小但質量更大的黑洞。在這兩種情況下,坍縮星強大的引力都會從其伴星(一顆像太陽一樣更安靜的恆星)那裡奪取物質。向內盤旋的氣體變得極其熾熱,發射出觀測到的X射線。在某些情況下,氣體會在恆星表面積聚,直到達到臨界質量,引發巨大的熱核爆炸。
理論上是這樣——沒有人瞭解中子星周圍發生的具體細節。但透過使用RXTE,像美國宇航局戈達德太空飛行中心的託德·E·斯特羅邁爾這樣的人正在開始找到答案。在1996年9月20日出版的《天體物理學雜誌快報》上發表的最新論文中,斯特羅邁爾及其同事報告說,一顆X射線雙星的發射以驚人的每秒1100次的頻率波動,比以往觀測到的任何變化都要快得多。“當你看到這樣的東西時,你說的第一件事是,這不可能!”他驚呼道。芝加哥大學的M·科爾曼·米勒認為,X射線斷斷續續是一種節拍模式,它是由中子星的自轉週期和即將墜落到恆星表面的熱氣體的週期性軌道重疊產生的。似乎,我們第一次可以真正地觀看中子星的進食。
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相關的RXTE研究可能最終會解開關於被稱為毫秒脈衝星的一群天文速度器的起源之謎。大約15年前,射電天文學家發現一些脈衝星(發射輻射脈衝的自旋中子星)的自轉週期僅為千分之幾秒,比太陽的自轉快十億倍。震驚的理論家提出,這些脈衝星可能誕生於X射線雙星中,其中墜落到中子星上的氣體盤可能會給它一個強大的角動量衝擊。
RXTE對包含發射明亮X射線爆發的脈衝星的三個恆星系統的觀測證實了這一推測。這些爆發被認為是由這些系統中中子星表面發生的偶發核爆炸引起的;由此產生的熱點充當信標,在短時間內,允許天文學家直接觀察每個中子星的自轉,即使穿過上方墜落的氣體雲。斯特羅邁爾報告說,爆發期間的振盪週期(因此可以推斷為下方恆星的自轉週期)僅為1/600秒——比已知的新生脈衝星的自旋速度短得多,這強烈表明這些恆星實際上正在加速,直到離心效應幾乎將它們撕裂。
但這個過程遠非一帆風順。RXTE的專案科學家戈達德的珍·H·斯旺克指出,一些其他X射線雙星中的中子星有時似乎會減速。這種自相矛盾的現象可能是由於恆星和周圍的吸積盤之間的磁相互作用引起的,儘管構成恆星的核物質層之間的滑動也可能起作用。
這些發現僅僅是個開始。斯旺克希望RXTE最終能檢測到由中子星表面振盪引起的X射線變化。這種觀測將使天文學家能夠進行一種遙感地震學,追蹤出恆星的內部結構。這些資訊將為深入瞭解中子和夸克的性質和行為提供強大的洞察力,中子和夸克是原子中心的基本組成部分。
斯旺克還指出,RXTE正在遠眺我們星系之外,研究類星體的發射,類星體是比我們的太陽系大不了多少的物體,卻能照亮整個星系。大多數天體物理學家認為,類星體在某些方面類似於巨大的X射線雙星,只是中心物體是一個黑洞,質量是太陽的十億倍——一個有能力吞噬整個恆星的野獸。
這裡面蘊含著一個美麗的諷刺。我們從類星體看到的射線已經向地球傳播了數億年甚至更長時間——然而,它們的深層秘密可能會在眨眼之間得到解決,字面意義上來說。