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NICER捕捉到创纪录的X射线爆炸

2019-11-08 14:34:47 来源:

美国宇航局国际空间站的中子星内部成分探测仪(NICER)望远镜在美国东部时间8月20日晚上10:04左右发现了X射线的突然尖峰。爆炸是由脉冲星表面上巨大的热核闪光引起的,这颗恒星的破碎残骸很久以前就爆炸了,成为超新星。

迄今为止,NICER看到的最明亮的X射线爆炸来自一个名为SAX J1808.4-3658的物体,简称J1808。这些发现揭示了许多现象,这些现象在一次爆发中从未被一起发现过。此外,由于天文学家无法解释的原因,下沉的火球再次短暂变亮。

美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心和马里兰大学公园大学的天体物理学家,首席研究员彼得·布尔特说:“这次爆炸非常出色。” “我们发现亮度发生了两步变化,我们认为这是由脉冲星表面上分开的各层喷射以及其他有助于我们对这些强事件的物理现象进行解码的特征引起的。”

天文学家将该爆炸归类为I型X射线爆炸,该爆炸在20秒内释放了与太阳近10天相同的能量。在创纪录的喷发中捕获到的NICER的详细信息将帮助天文学家更好地理解驱动它和其他脉冲星爆发的热核爆发的物理过程。

脉冲星是一种中子星,当一颗大质量的恒星用尽燃料,在其自身的重量下坍缩并爆炸时,其留下的紧凑型核子。脉冲星可以快速旋转,并在其磁极上容纳发射X射线的热点。当物体旋转时,它会将热点扫过我们的视线,产生规律的高能辐射脉冲。

J1808位于人马座星座约11,000光年。它每秒旋转令人眼花乱的401转,是二进制系统的一个成员。它的伴星是一个棕色的矮人,这个物体比一个巨大的行星还大,但又太小而不能成为恒星。稳定的氢气流从伴星流向中子星,并聚集在一个巨大的存储结构中,称为吸积盘。

吸积盘中的气体不容易向内移动。但是每隔几年,脉冲星周围的磁盘(例如J1808)变得如此密集,以至于大量的气体被电离或剥夺了电子。这使光线更难穿过磁盘。捕获的能量开始了失控的加热和电离过程,从而捕获了更多的能量。气体变得更难以流动,并开始向内盘旋,最终落到脉冲星上。

在被称为J1808的脉冲星上发生的热核爆炸,是迄今为止由NASA的中子星内部成分探测器(NICER)望远镜看到的最亮的X射线爆发。爆炸于2019年8月20日发生在名为J1808的脉冲星上,在20秒内释放的能量与太阳在近10天内释放的能量相同。观看观察科学家如何看待这种令人难以置信的爆炸。图片来源:NASA的戈达德太空飞行中心

氢雨淋到地表形成了一个热的,不断加深的全球“海洋”。在这一层的基础上,温度和压力不断增加,直到氢核融合形成氦核,然后产生能量-这是我们太阳核心工作的过程。

戈达德的NICER副首席研究员,该论文的合著者Zard Arzoumanian说:“氦沉淀下来并堆积了一层氦。“一旦氦层深达几米,条件就会使氦核融合成碳。然后氦会爆发爆发,并在整个脉冲星表面释放出热核火球。”

天文学家采用一种称为爱丁顿极限的概念(以英国天体物理学家亚瑟·爱丁顿爵士的名字命名)来描述恒星在辐射引起恒星膨胀之前可以具有的最大辐射强度。这一点主要取决于排放源上方材料的成分。

剑桥大学麻省理工学院物理学教授Deepto Chakrabarty说:“我们的研究以新的方式利用了这个长期存在的概念。” “我们显然在同一X射线爆发中看到两种不同成分的爱丁顿极限。这是追踪事件背后核燃烧反应的非常有力且直接的方法。”

爆发开始时,NICER数据显示其X射线亮度稳定了将近一秒钟,然后以较慢的速度再次增加。研究人员将此“失速”解释为爆炸能量积聚到足以将脉冲星的氢层吹入太空的那一刻。

火球继续建立了另外两秒钟,然后达到顶峰,吹散了更大的氦气层。氦膨胀得更快,在氢层消散之前就超过了氢层,然后变慢,停止并沉降回到脉冲星表面。在此阶段之后,由于团队尚不了解的原因,脉冲星短暂再次明亮了约20%。

在J1808的最近一轮活动中​​,NICER发现了另一个更暗淡的X射线爆发,没有显示出8月20日事件中观察到的关键特征。

除了检测不同层的膨胀以外,NICER对爆炸的观察还揭示了从吸积盘反射的X射线,并记录了“突发振荡”的闪烁现象-X射线信号以脉冲星的自旋频率上升和下降但发生在与引起其正常X射线脉冲的热点不同的表面位置。

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