天文学家发现遥远星系中最强大脉冲星的证据

左上:一颗巨大的蓝色恒星,比我们的太阳质量大得多,通过其中心的核聚变,已经消耗了它所有的氢、氦和更重的元素,直到铁。 现在它的中心有一个小铁芯(红点)。 与聚变的早期阶段不同,铁原子的聚变吸收而不是释放能量。 现在支撑恒星抵抗自身重量的聚变释放能量消失了,恒星将迅速坍塌,引发超新星爆炸。右上:坍塌已经开始,产生了一颗具有强磁场的超高密度中子星它的中心(插图)。 这颗中子星的质量虽然约为太阳的 1.5 倍,但只有曼哈顿大小。左下:超新星爆炸将快速移动的碎片壳向外喷射到星际空间。 在这个阶段,碎片壳的密度足以掩盖来自中子星区域的任何无线电波。右下:随着爆炸碎片壳在几十年内膨胀,它变得不那么密集,最终变得足够薄来自内部的无线电波可以逃脱。 这使得 VLA 巡天的观测能够探测到当快速旋转的中子星强大的磁场扫过周围空间、加速带电粒子时产生的明亮无线电发射。 这种现象被称为脉冲星风星云。 学分:梅丽莎·韦斯,NRAO/AUI/NSF

分析来自 VLA 巡天 (VLASS) 数据的天文学家发现了已知最年轻的中子星之一——一颗爆炸为超新星的大质量恒星的超致密残余物。 来自美国国家科学基金会的 Karl G. Jansky 超大阵列 (VLA) 的图像表明,由旋转脉冲星的磁场驱动的明亮无线电发射直到最近才从超新星爆炸的密集碎片壳后面出现。

该物体名为 VT 1137-0337,位于距离地球 3.95 亿光年的矮星系中。 它首次出现在 2018 年 1 月制作的 VLASS 图像中。它没有出现在 1998 年 VLA FIRST Survey 制作的同一区域的图像中。它继续出现在 2018 年、2019 年、2020 年和 2022 年的后期 VLASS 观测中.

“我们最有可能看到的是脉冲星风星云,”加州理工学院毕业生 Dillon Dong 说,他将于今年晚些时候在国家射电天文台 (NRAO) 开始获得 Jansky 博士后奖学金。 当快速旋转的中子星的强大磁场将周围的带电粒子加速到接近光速时,就会产生脉冲星风星云。

“根据其特征,这是一颗非常年轻的脉冲星——可能只有 14 岁,但不超过 60 到 80 岁,”董在加州理工学院的博士生导师 Gregg Hallinan 说。

科学家们在加利福尼亚州帕萨迪纳举行的美国天文学会会议上报告了他们的发现。

Dong 和 Hallinan 在 VLASS 的数据中发现了这个物体,该项目是 2017 年开始的 NRAO 项目,旨在调查从 VLA 可见的整个天空——大约 80% 的天空。 在七年的时间里,VLASS 对天空进行了三次完整的扫描,其中一个目标是寻找瞬态物体。 天文学家在 2018 年的第一次 VLASS 扫描中发现了 VT 1137-0337。

将 VLASS 扫描与早期 VLA 巡天数据(称为 FIRST)进行比较,发现 20 个特别明亮的瞬态天体可能与已知星系有关。

“这个之所以脱颖而出,是因为它的星系正在经历一次恒星形成的爆发,也因为它的无线电发射特性,”董说。 该星系名为 SDSS J113706.18-033737.1,是一个矮星系,质量约为太阳质量的 1 亿倍。

在研究 VT 1137-0337 的特征时,天文学家考虑了几种可能的解释,包括超新星、伽马射线爆发或恒星被超大质量黑洞撕碎的潮汐破坏事件。 他们得出结论,最好的解释是脉冲星风星云。


1998 年左图和 2018 年右图 VT 1137-0337 位置的 VLA 图像。 在这两个日期之间的某个时间,该物体对 VLA 可见。 图片来源:Dong & Hallinan, NRAO/AUI/NSF

在这种情况下,一颗比太阳质量大得多的恒星爆炸为超新星,留下一颗中子星。 原始恒星的大部分质量都被吹散成一团碎片。 中子星快速旋转,当其强大的磁场扫过周围空间时,它会加速带电粒子,从而产生强烈的无线电发射。

最初,无线电发射被爆炸碎片的外壳挡住了视线。 随着外壳的膨胀,它的密度逐渐降低,直到最终来自脉冲风星云的无线电波可以通过。

“这发生在 1998 年的第一次观测和 2018 年的 VLASS 观测之间,”哈利南说。

应该是最有名的 example 脉冲星风星云是金牛座的蟹状星云,它是 1054 年一颗超新星闪耀的结果。今天在小型望远镜中很容易看到蟹状星云。

“我们发现的物体的能量似乎比螃蟹高出大约 10,000 倍,并且具有更强的磁场,”董说。 “这很可能是一种新兴的‘超级螃蟹’,”他补充道。

虽然 Dong 和 Hallinan 认为 VT 1137-0337 最有可能是一个脉冲风星云,但它的磁场也可能足够强,足以使中子星成为磁星——一类超磁性物体。 磁星是神秘快速射电暴 (FRB) 起源的主要候选者,目前正在深入研究。

“在那种情况下,这将是第一个被发现的磁星,这也是非常令人兴奋的,”董说。

事实上,已经发现一些快速无线电爆发与持续的无线电源有关,其性质也是一个谜。 它们的特性与 VT 1137-0337 非常相似,但没有显示出强烈变化的证据。

“我们发现一个非常相似的源开启表明与快速射电暴相关的射电源也可能是发光的脉冲风星云,”董说。

天文学家计划进行进一步的观测,以了解更多关于该物体的信息,并随着时间的推移监测其行为。