大多数中子星自转速度都很快,几秒钟甚至不到一秒就能完成一次旋转。但天文学家发现了一颗自转速度较慢的中子星,完成一次旋转需要54分钟。是什么让这个奇特的天体转得如此缓慢呢?

打开网易新闻 查看更多图片

当一颗大质量的超巨星发生超新星爆炸时,会留下一个被压缩的核心。极端的压力迫使质子和电子结合成中子。因为它们几乎完全由中子组成,所以我们称它们为中子星。这些恒星残骸非常小且密度极高。只有黑洞的密度比它更大。

由于角动量守恒定律,中子星开始快速旋转,通常旋转速度可达每秒数百次。天文学家已发现超过3000颗发射无线电波的中子星,其中只有极少数旋转速度较慢。

我们通常通过中子星发出的电磁辐射来探测它们,并将它们称为脉冲星。天体物理学家也将旋转速度较慢的中子星称为“长周期无线电瞬变源”。在它们的缓慢自转速度和是否为中子星方面存在不确定性,而最近发现的一个天体也没有消除这种不确定性。

在《自然天文学》杂志的一项新研究中,一组研究人员报告了ASKAP J1935+2148的发现,这是一个距离我们约1.6万光年的长周期无线电瞬变体。该论文的标题是“周期为54分钟的脉冲无线电瞬变源”。澳大利亚悉尼大学的曼妮莎·卡莱布博士是该研究的首席作者。

“长周期无线电瞬变体是一类新兴的极端天体物理事件,目前仅发现有三个此类天体,”论文的作者写道。“这些物体发出高度偏振的相干脉冲,持续时间通常为几十秒,持续时间为几分钟到大约一小时。”

研究人员对这些长周期天体提出了不同的解释,包括高磁场白矮星和被称为磁星的高磁场中子星。但科学界尚未达成共识。

ASKAP J1935+2148具有极长的周期(53.8分钟),并有三种不同的发射状态。它的明亮脉冲状态持续时间在10至50秒之间,较弱的脉冲状态比前者暗了26倍,持续时间约为370毫秒。它还表现出一种被称为“熄灭状态”的无脉冲状态。

打开网易新闻 查看更多图片

天文学家在2022年10月使用澳大利亚平方公里阵列先导望远镜(ASKAP)观测一个无关的伽马射线暴时意外发现了这个令人费解的天体。观测揭示了ASKAP J1935+2148的无线电辐射明亮脉冲。在大约6小时的观测期间,该天体发射了四个明亮的脉冲,持续时间从10至50秒不等。光度曲线检查和使用MeerKAT射电望远镜进行的后续观测揭示了该天体的整个脉冲模式。

“这项发现得益于ASKAP和MeerKAT望远镜互补能力的结合,以及在研究其从秒到秒的发射变化时在分钟时间尺度上寻找这些天体的能力!这样的协同效应让我们能够以新的视角来研究这些紧凑天体的演化过程,”牛津大学天文学家、该论文合著者卡斯托布·拉杰瓦德博士说。

这三种发射状态各不相同,令人费解。研究人员需要确认来自每个状态的信号都来自天空中的同一点。ASKAP和MeerKAT观测到的每个信号都有相同的到达时间(TOA),这表明信号来自同一源。

“令人着迷的是,这个物体是如何以三种完全不同的发射状态显示的,每种状态都有与另外两种状态完全不同的性质。南非的MeerKAT射电望远镜在区分这些状态方面发挥了关键作用。如果信号不是来自天空中的同一点,我们就不会相信它是同一个物体发出的不同信号。”

ASKAP探测到了该物体的强亮脉冲模式,而MeerKAT探测到了其较弱的脉冲模式。两台望远镜都探测到了平静模式。

打开网易新闻 查看更多图片

“在射电发射中子星的研究中,我们已经习惯了极端的情况,但发现一颗紧凑的恒星旋转如此缓慢,仍在发射无线电波,这是出乎意料的,”该论文的合著者、曼彻斯特大学天体物理学教授本·斯塔普斯说。“这表明,用新一代射电望远镜推动我们的搜索空间的界限,将揭示挑战我们理解的惊喜。”

发射的性质和自旋周期的变化率强烈表明ASKAP J1935+2148是一颗中子星。然而,研究人员表示,他们不能排除这是一颗高度磁化的白矮星。由于天体物理学家认为,白矮星会以双星的形式变得高度磁化,而且附近没有其他白矮星,因此中子星的解释更有可能。

该天体的半径也不符合我们对白矮星的理解。研究人员解释道:“然而,隐含的半径约为0.8?太阳半径,这使我们得出结论,标准白矮星模型无法预期这种来源。”。白矮星只比地球略大,这似乎消除了一个潜在的来源。

只有后续观察和更专门的研究才能揭示物体的真实性质。不管怎样,无论是白矮星还是中子星,这个物体都将打开另一扇窗口,让我们了解这两种物体的极端物理学。我们对这两个天体的了解只有几十年的历史,所以肯定还有很多东西有待发现。

作者总结道:“重要的是,我们探测到这个迄今为止尚未探索过的中子星参数空间区域,以获得中子星演化的完整图景,这可能是一个重要的来源。”

如果朋友们喜欢,敬请关注“知新了了”!