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天文学家观测到奇异物质间的相互作用,使脉冲星转速突然加快

星空天文 2018-04-15 09:22:09 阅读:

天文学家捕捉到脉冲星的转速突变。

天文学家观测到奇异物质间的相互作用,使脉冲星转速突然加快

船帆座脉冲星及其周围的脉冲风星云。维基百科

天文学家观测到奇异物质间的相互作用,使脉冲星转速突然加快

船帆座脉冲星的自转速度是每秒11.2圈,而且会定期加速。NASA / DSS

脉冲星是一种急速自转的中子星,偶尔地,脉冲星的自转速度会突然变快。现在,天文学家已经成功地利用射电望远镜,捕捉到了脉冲星身上的这种突变。相关结果发表在近期的《自然》杂志上。

理论上,5-6%的脉冲星都会发生转速突变。而脉冲星中的一种——船帆座脉冲星是最出名的。它们以首颗此类脉冲星所在的星座——南天船帆座而得名。这颗脉冲星发现于1968年,它的自转速度大约是每秒11.2圈。

这颗脉冲星距离地球大约1000光年,是大约11000年前一颗超新星爆发后遗留下来的。它身上最有意思的一点是,它的转速每三年就会突然变快一次。脉冲星的转速突变是难以预测的,因此这种现象发生的过程,天文学家以前从未完整地捕捉到过。

脉冲星是中子星,而中子星是恒星死后残留的内核。恒星的核燃料耗尽时,如果它的原始质量足够大,就会引发超新星爆发。松散的外层物质会在爆发中被抛射到周边太空里,密度较大的内核,会向内收缩。如果爆发的恒星质量足够大,它的内核就会变成一个黑洞;如果质量不够大,那么就会变成一颗中子星。

中子星之所以叫中子星,是因为在极强的引力作用下,其内部原子核周围的电子,被压入了原子核中的质子,质子因此变成中子。最终形成了一种几乎完全由中子组成的密度极高的天体。一个直径不过20公里的中子星,质量可以达到太阳的1.4倍;一茶杯中子星物质的重量,相当于一座珠穆朗玛峰。

与此同时,中子星的自转速度也非常快(虽然长期也会随着时间的推移而缓慢地下降),且有极强的磁场。由于自转轴和磁轴通常是不重合的,因此它们会像发电机一样持续地切割磁力线,并在两个磁极上,产生明亮的辐射。

如果中子星磁极产生的辐射流正好扫过地球,那么我们就能在射电波以及其它波段上看到它发出一闪一闪的短促闪光。这种闪光如同脉冲般反复出现,且持续而稳定,因此人们称其为脉冲星。

天文学家从2014年开始对船帆座脉冲星进行持续监测,试图捕捉到它的转速突变现象。结果2016年12月12日,他们如愿以偿。在捕捉到转速突变现象的同时,天文学家还吃惊地发现,这颗脉冲星的脉冲信号在短时内停止了。在那一刻,它竟然不再产生脉冲了。而且脉冲停止前发出的最后两次信号也失去了线性极化特征。这意味着脉冲星的转速突变显著地影响到了它的强磁场。所幸在短时的停顿之后,这颗脉冲星再度开始搏动。但是新产生的最初21个信号持续时间有长有短,强度也明显减弱。

脉冲星的转速为什么会发生突变呢?有一种假说认为,中子星的外壳很坚硬,但却有一个超流体内核。

超流体是一种无阻力、无黏性的物质状态。在温度、压力和密度超过临界值的条件下,这种流体的运动可以永无休止地进行下去。

因此当中子星的外壳转速缓慢下降时,其超流体内核的转速并不会同步变慢。日积月累,两者之间的转速差异就会越来越大,以致于其内核会定期强行推动外壳加速。

此次观测数据显示,转速突变发生时,这颗中子星的内核对其外壳的推动过程只持续了大约5秒钟,接近理论预期值范围的下限。

中子星(脉冲星)是一个天然的奇异物质实验室,在那里存在着许多我们在地球上无法获得的物质形态。而对脉冲星转速突变的研究,也能够让我们对中子星内部结构和运作机制有更深入的了解。

天文学家观测到奇异物质间的相互作用,使脉冲星转速突然加快

船帆座脉冲星在伽玛射线波段上的脉冲信号。维基百科

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