漩渦狀衝擊波或使脈衝星像陀螺一樣旋轉

超新星的首次 3D 模擬指出旋轉衝擊波是脈衝星自轉的來源

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研究人員可能終於找到了脈衝星(宇宙中散佈的旋轉中子球)為何如此旋轉的原因。模擬表明,關鍵可能在於伴隨垂死恆星爆炸而來的擺動衝擊波。

當質量是太陽數倍的恆星耗盡燃料時,它們會坍縮成超高密度的脈衝星。這種坍縮的標誌是超新星爆發,它會剝離恆星的大部分原有質量。原則上,由此產生的脈衝星應該比其較大的母恆星旋轉得更快,就像花樣滑冰運動員將手臂拉向身體以更快地旋轉一樣。

“如果你應用這個[想法],中子星的旋轉速度會非常快,以至於它們會自行解體,”北卡羅來納州立大學的天體物理學家約翰·布隆丁說。“一定有什麼東西減慢了它們的速度。” 研究人員推測,穿透恆星的磁場起到了剎車的作用,但他們不知道這些磁場是否能將脈衝星減速到其觀測到的速度範圍。


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布隆丁和他在橡樹嶺國家實驗室的同事安東尼·梅扎卡帕提出,恆星坍縮期間在恆星內部隆隆作響的衝擊波才是真正的罪魁禍首。先前對該過程的 2D 模擬發現,當恆星物質凝結成堅硬的塊狀物時,強大的衝擊波會在其核心中迴盪並向外擴散。

研究人員的 3D 模擬捕捉到了過去模型遺漏的東西:衝擊波會旋轉。他們在本週的《自然》雜誌上報告說,他們提出這種旋轉導致坍縮的恆星朝著與衝擊波移動方向相反的方向轉動。

他們發現,大約一秒後,旋轉速度將足夠快,可以解釋典型的脈衝星速度,即每 300 毫秒旋轉一次。“讓我們興奮的是,”布隆丁說,“我們自然地解釋了觀測到的脈衝星週期。”

但這裡有一個問題:磁場或其他一些效應必須首先大幅減慢核心的速度,這樣衝擊波才能將其加速到正確的速度。弗吉尼亞大學的天體物理學家羅傑·謝瓦利埃說,這將要求磁場比目前粗略的估計更有效地發揮剎車作用。他指出,這些估計已經將脈衝星置於正確的範圍內。

不過,布隆丁對此持樂觀態度。他說,如果沒有衝擊波效應,“我們沒有理論可以解釋為什麼它們會減速到 300 毫秒。”

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