J1808 脈衝星爆炸,20 秒內釋放出太陽運轉 10 天的能量

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 12 日 14:44 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


脈衝星是中子星的一種,為大質量恆星經歷超新星爆炸後形成,會規律釋放脈衝訊號,周期精確度超越原子鐘。最近 NASA 放在國際太空站(ISS)尚的中子星內部成分探測器(NICER),檢測到它任務期間最亮的一道 X 射線源,這場爆炸來自距離數千光年外的脈衝星,它在 20 秒內釋放出等同於太陽釋放 10 天的能量。

該顆脈衝星名為 SAX J1808.4-3658(簡稱 J1808),每秒旋轉 401 次,距離地球約 11,000 光年,和另一顆伴星棕矮星構成聯星系統。

奇怪的是,J1808 的訊號並不是那麼規律,最一開始爆發後亮度穩定維持約 1 秒,接著速度稍微變慢、但持續達到亮度峰值(約 2 秒);之後亮度開始下滑,但在減弱過程中又曾短暫再次變亮約 20%,接下來 40 秒才完全變暗。

對脈衝星來說,這種爆炸模式不尋常,天文學家稱之為 I 型 X 射線爆炸,研究團隊對此現象提出一些解釋:起因於脈衝星周圍的吸積盤。

J1808 不斷從伴星棕矮星身上抽出氫氣,在脈衝星周遭構成物質吸積盤,原本這些氣體不容易向內部移動,但是每隔幾年,吸積盤就會變得足夠稠密且不穩定,以至於大量氣體被電離或剝奪電子,能量引發失控的加熱和電離過程並導致爆炸。

接著脈衝星的光掙扎著穿透密集氣體雲並獲得一些能量,同時這些氣體又繼續在反饋迴路中捕獲更多能量,最終氣體變得難以流動而開始向內部盤旋,最後落到脈衝星表面。

這些下落的氫氣像海流一樣圍繞著脈衝星,而氣體深處由於溫度和壓力高,氫開始融合成氦並沉澱成氦層,氦又融合成碳,最後氦核爆發並從脈衝星表面釋出火球,這就是中子星內部成分探測器看見的爆炸過程:

最一開始的亮度爆發是因氫層膨脹,接著停頓 1 秒是氫層正被爆炸能量衝破,接著亮度一路達到峰值,表明更大的氦層被吹散且很快就超越氫層,之後逐漸變暗,是因氦層沉降回脈衝星表面。

目前研究團隊唯一不解的地方,是脈衝星亮度在變暗過程中又短暫提高約 20%。

這項研究發現了不同物質層漸次膨脹、以及 2 種不同成分的愛丁頓極限(Eddington limit),將幫助天文學家更理解驅動脈衝星爆發的物理過程。 新論文發表在《天文物理期刊通訊》(The Astrophysical Journal Letters)。

(首圖來源:NASA