超光速?中子星合并喷射出速度看似不可能的喷流

喷流的视超光速(但非实际)速度为合并及其后果提供了新的约束

两颗合并中子星的艺术家插图。

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一项新的研究报告称,天文学家去年发现的引人注目的中子星合并产生了一股物质喷流,其移动速度似乎是光速的四倍。

当然,“似乎”是这里的关键词。物理定律告诉我们,没有任何东西在空间中的移动速度能超过光速。因此,这种超光速运动是一种错觉,这是由喷流(仍然非常快)的速度以及它几乎直接朝向我们喷射的事实造成的,研究人员说。

“根据我们的分析,这个喷流很可能非常狭窄,最多只有5度宽,并且指向仅偏离地球方向20度的地方,”研究合著者、澳大利亚斯威本科技大学的亚当·德勒在来自美国国家科学基金会(NSF)的机构——国家射电天文台(NRAO)的一份声明中说。[来自中子星的引力波:发现解析]


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“但是,为了与我们的观测结果相符,喷流中的物质还必须以超过光速97%的速度向外喷射,”他补充说。

德勒和他的同事(由 NRAO 和加利福尼亚理工学院帕萨迪纳分校的库纳尔·穆利领导)使用各种射电望远镜来研究中子星碰撞的后果,这是一项被称为 GW170817 的历史性事件。

GW170817 是首次记录的两颗中子星碰撞事件,中子星是超新星爆炸中死亡的大质量恒星的超高密度残骸。GW170817发生在距地球约1.3亿光年的地方,它也开启了“多信使天文学”的时代:这是首次通过引力波(阿尔伯特·爱因斯坦一个世纪前首次预测的时空涟漪)和电磁辐射同时探测到的事件。

顺便说一句,GW170817这个名字是对这些引力波以及天文学家观察到该事件的日期(2017年8月17日)的致意。

科学家认为,合并产生了强大的爆炸,将物质外壳喷射到太空深处。在这个外壳内部,合并的中子星形成了一个单独的黑洞,该黑洞开始吸收大量的气体和尘埃。这些物质在黑洞周围形成了一个快速旋转的盘;研究小组的成员说,不久之后,双喷流开始从这个盘的极点喷射出来。

尚不清楚这些喷流是否突破了原始爆炸产生的碎片壳。但是,穆利及其团队的观测结果(在首次探测到 GW170817 后的 75 天和 230 天进行的)表明,确实发生了这种情况。

起初,喷流与喷射出的碎片相互作用,形成一种茧状物,其移动速度比喷流本身慢得多。但是,喷流最终突破到星际空间。

“我们的解释是,茧状物在合并后大约60天内主导了射电辐射,而在较晚的时间,辐射以喷流为主导,”研究合著者、以色列特拉维夫大学的理论家奥雷·戈特利布在同一份声明中说。

现在来说说超光速的部分:在两次观测之间的 155 天内,指向地球的喷流似乎提前跳跃了 2 光年——这个距离表明它以光速的四倍在移动。但是,再说一次,这只是一种错觉。

研究小组的成员说,新的结果表明,中子星合并是短时伽马射线爆发的重要来源。他们补充说,要检测到这些高能光的爆发,合并产生的喷流需要几乎与地球对齐。

“合并事件由于许多原因而重要,并且它不断以更多信息使天文学家感到惊讶,”NRAO 的 NSF 项目主管乔·佩斯在同一份声明中说。“喷流是在许多环境中看到的神秘现象,现在,这些在电磁频谱的射电部分进行的精细观测为它们提供了有趣的见解,帮助我们了解它们是如何工作的。”

这项新的研究今天(9月5日)在线发表在《自然》杂志上。

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Mike Wall has been writing for Space.com since 2010. His book about the search for alien life, “Out There,” was published on Nov. 13, 2018. Before becoming a science writer, Michael worked as a herpetologist and wildlife biologist. He has a Ph.D. in evolutionary biology from the University of Sydney, Australia, a bachelor’s degree from the University of Arizona, and a graduate certificate in science writing from the University of California, Santa Cruz.

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