超強磁性星體在高能爆發中誕生

科學家發現,最大、最亮的閃光預示著宇宙中最強磁性天體的誕生

磁星當然知道如何引人注目。最近的一項研究表明,這些高度磁化的恆星在宇宙中最亮的輻射爆發中首次亮相,這種爆發被稱為超長持續時間伽馬射線暴(GRB)。這一發現將宇宙中一些最強磁性和能量最強的現象聯絡在一起,並揭示了超長持續時間 GRB 的神秘起源。

伽馬射線暴是伽馬射線輻射爆發,通常在幾秒鐘後消退,但在極少數情況下可以持續長達半小時。這些事件的大多數是“長持續時間”伽馬射線暴。主要作者、德國馬克斯·普朗克地外物理研究所的天體物理學家約亨·格雷納說,雖然正常的伽馬射線暴可能是由兩顆中子星合併形成的,但科學家認為長伽馬射線暴是在被稱為超新星的巨大恆星爆炸死亡中形成的。

英國華威大學的天體物理學家安德魯·萊萬(Andrew Levan)解釋說,當一顆巨大的恆星爆炸時,其一部分物質被噴射到太空,而其餘部分則坍縮成殘餘的中子星或黑洞。這種劇烈的死亡會產生兩股物質噴流,以接近光速的速度從殘餘物的兩側噴出。觀察者沿著其中一股噴流的方向看去,就會看到伽馬射線暴。我們認為的超新星光芒從爆炸的恆星向四面八方綻放,並且需要更長的時間才能升起。萊萬並沒有參與這項研究。隨著伽馬射線暴的“餘輝”消退,超新星變得可見,在測量的輻射水平中產生一個小的“隆起”。


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科學家在十多年前就確定了長伽馬射線暴的起源,但近年來,一種新的超長伽馬射線暴出現了,與超新星沒有明顯的聯絡。與已知的數千個“正常”長伽馬射線暴相比,只觀察到過四次這種爆發,而且它們會閃耀幾個小時。“我們已經為這些超長爆發困惑了一段時間了,”萊萬說。一些人認為極其巨大的坍縮星(恰如其分地稱為“塌縮體”)是罪魁禍首,而另一些人則提出超長伽馬射線暴是由黑洞撕裂恆星驅動的。

現在,格雷納和他的同事們首次建立了超長伽馬射線暴 111209A 和超新星 SN 2011kl 之間的明確聯絡。但這不僅僅是普通的恆星爆炸。格雷納的團隊認為,超新星 SN 2011kl 創造了一顆磁星——一顆每秒旋轉數百次、磁場強度是地球一千萬億倍的微小中子星。磁星是已知宇宙中最具磁性的天體。

科學家於 2011 年 12 月 9 日首次透過雨燕伽馬射線暴衛星瞭解到伽馬射線暴 111209A 的爆發。該事件持續了幾個小時,一直處於星際 WIND 飛船上的 Konus 伽馬射線探測器的嚴密監視之下。在隨後的 70 天裡,科學家們追蹤了 111209A 的餘輝。但直到去年六月,格雷納的團隊才意識到這次爆發是理解超長伽馬射線暴起源的關鍵。另一組科學家使用智利甚大望遠鏡上的 X-Shooter 光譜儀收集的超新星資料最近已公開,表明實際上存在與伽馬射線暴 111209A 相關的超新星。

超新星 SN 2011kl 比之前與長伽馬射線暴相關的超新星亮三倍以上,並且其光譜完全不同。SN 2011kl 的特性要求超新星從某個地方獲得額外的能量提升。格雷納的團隊發現,只有磁星——其快速旋轉和巨大的磁場構成了巨大的能量庫——才能產生如此明亮的耀斑。科學家們懷疑,在恆星爆炸中形成的磁星重新激活了從恆星向四面八方噴射出的物質,從而形成了一顆極其明亮的超新星。磁星的巨大能量也同樣產生了持續時間極長的噴流,即我們看到的伽馬射線暴 111209A。鑑於超新星的距離和光速,科學家們估計這顆磁星誕生於大約 65 億年前。

萊萬認為,伽馬射線暴 111209A 和超新星 SN 2011kl 之間的聯絡不僅對於揭示超長伽馬射線暴的起源至關重要,而且對於理解超新星本身為何如此明亮地燃燒也至關重要,因為 SN 2011kl 看起來類似於最近發現的一類超亮超新星,其能源仍然是一個謎。“因此,這項新成果為各種恆星坍縮提供了一個統一的視角,”萊萬說。“如果正確,這意味著磁星可能是自然界中許多最劇烈能量事件的驅動力。” 至少,這項新研究表明,111209A 及其超長同類最終還是屬於長伽馬射線暴家族。

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