新的研究表明,黑洞并不总是为伽马射线爆发提供能量

艺术家对由中子星驱动的伽马射线爆发的印象。 学分:Nuria Jordana-Mitjans

围绕地球运行的卫星已检测到伽马射线爆发 (GRB),它是持续数毫秒至数百秒的最有活力的伽马射线辐射的闪光。 这些灾难性的爆炸发生在距离地球数十亿光年的遥远星系中。

当两颗中子星碰撞时,一种称为短持续时间 GRB 的 GRB 亚型开始生命。 这些超高密度恒星将我们太阳的质量压缩到像伦敦这样的城市的一半大小,在它们生命的最后时刻,就在触发 GRB 之前,它们会在时空中产生涟漪——天文学家将其称为引力波。

直到现在,太空科学家们在很大程度上都同意,为这种充满活力和短暂的爆发提供动力的“引擎”必须始终来自一个新形成的黑洞(一个时空区域,那里的引力如此之强,以至于任何东西,甚至光都无法逃离它)。 然而,由巴斯大学的 Nuria Jordana-Mitjans 博士领导的国际天体物理学家团队的新研究正在挑战这一科学正统观念。

根据这项研究的结果,一些短持续时间的 GRB 是由超大质量恒星(也称为中子星残骸)而非黑洞的诞生触发的。 该论文可在《天体物理学杂志》上找到。

Jordana-Mitjans 博士说:“这些发现很重要,因为它们证实新生的中子星可以为一些短持续时间的 GRB 以及伴随它们检测到的整个电磁光谱中的明亮发射提供动力。这一发现可能提供一种新的定位方法当我们在天空中寻找信号时,中子星合并,从而产生引力波发射器。”

竞争理论

对短时 GRB 的了解很多。 当两颗螺旋越来越近、不断加速的中子星最终坠毁时,它们开始了生命。 从坠机现场,喷射爆炸释放出伽马射线辐射,形成伽马射线暴,然后是寿命更长的余辉。 一天后,在爆炸过程中向四面八方喷射的放射性物质产生了研究人员所说的千新星。

然而,在两颗中子星相撞后留下的究竟是什么——碰撞的“产物”——以及因此赋予 GRB 非凡能量的动力源,长期以来一直是一个争论的问题。 由于巴斯领导的研究的结果,科学家们现在可能更接近于解决这场争论。

太空科学家分为两种理论。 第一个理论认为,中子星合并后会短暂地形成一颗质量极大的中子星,然后这颗恒星会在几分之一秒内坍缩成黑洞。 第二个观点认为,两颗中子星会导致一颗较轻的中子星具有更高的预期寿命。

所以几十年来一直困扰着天体物理学家的问题是:短时伽马暴是由黑洞驱动还是由长寿命中子星的诞生驱动的?

迄今为止,大多数天体物理学家都支持黑洞理论,一致认为要产生 GRB,大质量中子星必须几乎立即坍缩。

电磁信号

天体物理学家通过测量由此产生的 GRB 的电磁信号来了解中子星碰撞。 预计来自黑洞的信号与来自中子星残骸的信号不同。

为这项研究探索的 GRB(命名为 GRB 180618A)的电磁信号向 Jordana-Mitjans 博士及其合作者清楚地表明,一定是中子星残骸而不是黑洞引起了这次爆发。

Jordana-Mitjans 博士详细阐述道:“我们的观察首次突出了来自一颗幸存中子星的多个信号,该中子星在原始中子星双星死亡后至少存活了一天。”

研究合著者、巴斯河外天文学教授 Carole Mundell 教授说:“我们很高兴能从这次短暂的伽马射线爆发中捕捉到非常早期的光学光——这是如果不使用机器人望远镜,这在很大程度上仍然是不可能的。但是当我们分析我们精美的数据时,我们惊讶地发现我们无法用标准的 GRB 快速塌缩黑洞模型来解释它。

“我们的发现为即将使用鲁宾天文台 LSST 等望远镜进行的天空调查带来了新的希望,我们可以利用这些望​​远镜在数十万颗这样的长寿命中子星坍缩成为黑洞之前发现它们发出的信号。”

消失的余辉

最初令研究人员感到困惑的是,GRB 180618A 之后余辉的光学光在 35 分钟后就消失了。 进一步的分析表明,造成这种短暂排放的材料正在膨胀 close 由于某种持续的能量源从后面推动它,因此达到了光速。

更令人惊讶的是,这种发射带有一颗新生、快速旋转且高度磁化的中子星的印记,称为毫秒磁星。 研究小组发现,GRB 180618A 之后的磁星在减速时正在重新加热坠机的剩余物质。

在 GRB 180618A 中,磁星驱动的光发射比预期的经典千新星亮一千倍。