超罕見現象!事關宇宙星辰的“生死輪回”。
2017年8月,科學家在銀河系中央探測到了一次X射線爆發。最近一項新研討顯示,這種閃光很可能是由中子星所釋放出來的,而這顆中子星正從它的伴星——紅巨星那里吸收物質。換句話說,這顆已經死亡的恒星被臨近的紅巨星復活了。
這一發現屬于人類天文史上首次,甚至有可能改造當前的恒星演化理論。
?如我們所知,中子星是恒星演化的終點之一。
一顆質量約為太陽的25-30倍的恒星,在以極快的速度消耗掉所有核燃料之后,就會以超新星的形式自行爆炸并發生坍塌,留下的殘骸將最終形成中子星。恒星在爆炸中會摧毀其自身的外層,釋放出能夠照耀整個銀河系的光線和輻射,最終剩下一顆寬度僅為10千米的核心。
該核心密度極大,壓強極高,能夠將電子強行擠入質子當中,使得電子和質子結合形成中子——最終整個恒星核心的殘骸物質全部成為了中子。
這就是中子星。在中子星密度條件下,一湯勺中子的質量就重達20億噸。
中子星的另一個名字更廣為人知——脈沖星。
1967年11月,無線電天文學家喬斯林·貝爾·伯內爾首次觀測發現,中子星能夠向宇宙空間釋放無線電波及X射線。中子星雖然是死亡恒星,但它仍存在著強烈的磁場,會在角動量守恒原理作用下高速旋轉,因此在地球科學家的觀測中中子星信號呈現脈沖特性,因此獲名脈沖星。?
該圖顯示,初始質量不同的恒星有可能會通過不同的路徑發展演化
??????如果一顆中子星有幸與另一顆活躍恒星構成了雙星系統,就能夠從活躍恒星中繼續獲取物質。這些物質會在中子星表面聚集,達到一定數量后就會引發核反應,釋放出強烈的無線電波及X射線。如果這些無線電波及X射線的釋放位置位于中子星的兩極地區,就能夠沖出磁場的約束,沖向宇宙空間,遠遠看去就像兩個明亮的電筒光柱。
這一過程將使脈沖星有規律地忽閃忽滅——這種天文現象曾經被認為是外星文明正在向我們發電報??????。
圖為Integral望遠鏡
????本次這顆奇異的中子星是由歐洲航天局(下文簡稱ESA)的X射線及伽馬射線空間望遠鏡(下文簡稱Integral)首先發現的。之后,ESA的X射線多鏡面任務牛頓空間望遠鏡(簡稱XMM-Newton),以及NASA的核分光望遠鏡陣列高能X射線天文望遠鏡(簡稱NuSTAR)進一步觀測發現,這顆中子星旋轉速度很慢,每兩個小時才旋轉一圈。很特別的是,這顆中子星有一顆伴星——紅巨星。
紅巨星也是恒星演化而成——這類恒星通常質量為太陽8-20倍。在宇宙當中,脈沖星—恒星系統較為常見,中子星—紅巨星構成的“共生X射線雙星系統”就非常少見了。宇宙之大,目前也僅發現了10個。
更為有趣的情況是,這顆中子星正在吸取著紅巨星的物質。
圖為歐洲航天局的XMM-Newton
??????????????“Integral空間望遠鏡的觀測發現,展示了一個極罕見雙星系統誕生的獨特時刻。”本次研究報告主要作者、日內瓦大學科學家恩里科·邦佐說,“紅巨星釋放出足量的稠密物質,以物質風的形式向中子星緩慢移動,喚醒了死亡的恒星并使之釋放出高能輻射,該現象還是第一次發現。”
測量結果顯示,這顆中子星的磁場非常強烈,這意味著該中子星還非常年輕。大家可以據此推測:紅巨星是一種極為古老的恒星,如果這顆中子星是在超新星爆發過程中形成的,那么爆發過程將會摧毀附近的紅巨星,因此,該中子星不是通過超新星爆發形成的。
“如果事實確實如此,就讓人很困惑了,”恩里科說,“存在兩種可能的解釋,第一是這顆中子星的磁場并未隨著時間推移出現重大衰減;第二是雙星系統中的中子星形成時間較晚。”
恩里科描述了第二種可能性的形成原因:恒星在死亡過程中不斷吸取紅巨星的物質,得以先行成為白矮星,之后才慢慢坍縮成為中子星,這一過程不同于傳統的、短命巨型恒星進行的超新星爆發過程,因此才導致中子星形成時間較晚。??????????????
圖為哈勃望遠鏡拍到的恒星死亡過程
????????如果該推測被證實,就意味著恒星的死亡過程是可逆的,很可能就此改造當前的恒星演化理論。
ESA的研究小組稱,該中子星目前僅在一陣一陣地吸取紅巨星的物質,隨著時間推移,雙星之間的物質流動將會規律化,中子星旋轉速度將會進一步降低并有規律地釋放X射線。
“在過去15年中,Integral望遠鏡從未獲得類似發現。因此我們認為,這是人類是第一次觀測到紅巨星‘復活’死亡恒星,將X射線開關打開的壯麗場景,”ESA科學家埃里克·庫爾克斯說:“我們將持續觀測,看這顆中子星是否會長期吸取紅巨星物質,到目前為止,該天文現象還在持續進行中。”
據悉,本次研究報告將在《天文學與天體物理學雜志》刊發,有興趣的讀者可以進一步跟進詳情。????????