一切尽在时机

一颗卫星观测宇宙天体闪电般的闪烁

多年来,天文学家通过探索人类肉眼不可见的电磁波谱区域,获得了对宇宙的新视角。更微妙的是,他们也学会了拓宽对时间的看法,寻找那些发生得如此之快以至于我们可能永远不会注意到的事件。美国国家航空航天局的轨道罗西X射线时序探测器(RXTE)在洞察力方面具有巧妙的天赋(请参见侧栏)。它专注于来自超密物体(如中子星和黑洞)周围剧烈过程产生的高能X射线。与之前的X射线观测站不同,RXTE可以观测到闪电般快速的闪烁——在某些情况下,每秒数千次——这揭示了其潜在现象前所未有的细节。

X射线天空看起来与我们熟悉的天空大不相同。当通过RXTE的眼睛看到时,天空闪烁着来自一类被称为X射线双星的变星的辐射。在这些不匹配的双星中,其中一个成员已经演变成一颗直径仅20公里的致密恒星尸体——中子星,或者演变成一个更小但质量更大的黑洞。在这两种情况下,坍缩星强大的引力都会从其伴星(一颗像太阳一样更安静的恒星)那里夺取物质。向内盘旋的气体变得极其炽热,发射出观测到的X射线。在某些情况下,气体会在恒星表面积聚,直到达到临界质量,引发巨大的热核爆炸。

理论上是这样——没有人了解中子星周围发生的具体细节。但通过使用RXTE,像美国宇航局戈达德太空飞行中心的托德·E·斯特罗迈尔这样的人正在开始找到答案。在1996年9月20日出版的《天体物理学杂志快报》上发表的最新论文中,斯特罗迈尔及其同事报告说,一颗X射线双星的发射以惊人的每秒1100次的频率波动,比以往观测到的任何变化都要快得多。“当你看到这样的东西时,你说的第一件事是,这不可能!”他惊呼道。芝加哥大学的M·科尔曼·米勒认为,X射线断断续续是一种节拍模式,它是由中子星的自转周期和即将坠落到恒星表面的热气体的周期性轨道重叠产生的。似乎,我们第一次可以真正地观看中子星的进食。


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相关的RXTE研究可能最终会解开关于被称为毫秒脉冲星的一群天文速度器的起源之谜。大约15年前,射电天文学家发现一些脉冲星(发射辐射脉冲的自旋中子星)的自转周期仅为千分之几秒,比太阳的自转快十亿倍。震惊的理论家提出,这些脉冲星可能诞生于X射线双星中,其中坠落到中子星上的气体盘可能会给它一个强大的角动量冲击。

RXTE对包含发射明亮X射线爆发的脉冲星的三个恒星系统的观测证实了这一推测。这些爆发被认为是由这些系统中中子星表面发生的偶发核爆炸引起的;由此产生的热点充当信标,在短时间内,允许天文学家直接观察每个中子星的自转,即使穿过上方坠落的气体云。斯特罗迈尔报告说,爆发期间的振荡周期(因此可以推断为下方恒星的自转周期)仅为1/600秒——比已知的新生脉冲星的自旋速度短得多,这强烈表明这些恒星实际上正在加速,直到离心效应几乎将它们撕裂。

但这个过程远非一帆风顺。RXTE的项目科学家戈达德的珍·H·斯旺克指出,一些其他X射线双星中的中子星有时似乎会减速。这种自相矛盾的现象可能是由于恒星和周围的吸积盘之间的磁相互作用引起的,尽管构成恒星的核物质层之间的滑动也可能起作用。

这些发现仅仅是个开始。斯旺克希望RXTE最终能检测到由中子星表面振荡引起的X射线变化。这种观测将使天文学家能够进行一种遥感地震学,追踪出恒星的内部结构。这些信息将为深入了解中子和夸克的性质和行为提供强大的洞察力,中子和夸克是原子中心的基本组成部分。

斯旺克还指出,RXTE正在远眺我们星系之外,研究类星体的发射,类星体是比我们的太阳系大不了多少的物体,却能照亮整个星系。大多数天体物理学家认为,类星体在某些方面类似于巨大的X射线双星,只是中心物体是一个黑洞,质量是太阳的十亿倍——一个有能力吞噬整个恒星的野兽。

这里面蕴含着一个美丽的讽刺。我们从类星体看到的射线已经向地球传播了数亿年甚至更长时间——然而,它们的深层秘密可能会在眨眼之间得到解决,字面意义上来说。

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