磁星当然知道如何引人注目。最近的一项研究表明,这些高度磁化的恒星在宇宙中最亮的辐射爆发中首次亮相,这种爆发被称为超长持续时间伽马射线暴(GRB)。这一发现将宇宙中一些最强磁性和能量最强的现象联系在一起,并揭示了超长持续时间 GRB 的神秘起源。
伽马射线暴是伽马射线辐射爆发,通常在几秒钟后消退,但在极少数情况下可以持续长达半小时。这些事件的大多数是“长持续时间”伽马射线暴。主要作者、德国马克斯·普朗克地外物理研究所的天体物理学家约亨·格雷纳说,虽然正常的伽马射线暴可能是由两颗中子星合并形成的,但科学家认为长伽马射线暴是在被称为超新星的巨大恒星爆炸死亡中形成的。
英国华威大学的天体物理学家安德鲁·莱万(Andrew Levan)解释说,当一颗巨大的恒星爆炸时,其一部分物质被喷射到太空,而其余部分则坍缩成残余的中子星或黑洞。这种剧烈的死亡会产生两股物质喷流,以接近光速的速度从残余物的两侧喷出。观察者沿着其中一股喷流的方向看去,就会看到伽马射线暴。我们认为的超新星光芒从爆炸的恒星向四面八方绽放,并且需要更长的时间才能升起。莱万并没有参与这项研究。随着伽马射线暴的“余辉”消退,超新星变得可见,在测量的辐射水平中产生一个小的“隆起”。
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科学家在十多年前就确定了长伽马射线暴的起源,但近年来,一种新的超长伽马射线暴出现了,与超新星没有明显的联系。与已知的数千个“正常”长伽马射线暴相比,只观察到过四次这种爆发,而且它们会闪耀几个小时。“我们已经为这些超长爆发困惑了一段时间了,”莱万说。一些人认为极其巨大的坍缩星(恰如其分地称为“塌缩体”)是罪魁祸首,而另一些人则提出超长伽马射线暴是由黑洞撕裂恒星驱动的。
现在,格雷纳和他的同事们首次建立了超长伽马射线暴 111209A 和超新星 SN 2011kl 之间的明确联系。但这不仅仅是普通的恒星爆炸。格雷纳的团队认为,超新星 SN 2011kl 创造了一颗磁星——一颗每秒旋转数百次、磁场强度是地球一千万亿倍的微小中子星。磁星是已知宇宙中最具磁性的天体。
科学家于 2011 年 12 月 9 日首次通过雨燕伽马射线暴卫星了解到伽马射线暴 111209A 的爆发。该事件持续了几个小时,一直处于星际 WIND 飞船上的 Konus 伽马射线探测器的严密监视之下。在随后的 70 天里,科学家们追踪了 111209A 的余辉。但直到去年六月,格雷纳的团队才意识到这次爆发是理解超长伽马射线暴起源的关键。另一组科学家使用智利甚大望远镜上的 X-Shooter 光谱仪收集的超新星数据最近已公开,表明实际上存在与伽马射线暴 111209A 相关的超新星。
超新星 SN 2011kl 比之前与长伽马射线暴相关的超新星亮三倍以上,并且其光谱完全不同。SN 2011kl 的特性要求超新星从某个地方获得额外的能量提升。格雷纳的团队发现,只有磁星——其快速旋转和巨大的磁场构成了巨大的能量库——才能产生如此明亮的耀斑。科学家们怀疑,在恒星爆炸中形成的磁星重新激活了从恒星向四面八方喷射出的物质,从而形成了一颗极其明亮的超新星。磁星的巨大能量也同样产生了持续时间极长的喷流,即我们看到的伽马射线暴 111209A。鉴于超新星的距离和光速,科学家们估计这颗磁星诞生于大约 65 亿年前。
莱万认为,伽马射线暴 111209A 和超新星 SN 2011kl 之间的联系不仅对于揭示超长伽马射线暴的起源至关重要,而且对于理解超新星本身为何如此明亮地燃烧也至关重要,因为 SN 2011kl 看起来类似于最近发现的一类超亮超新星,其能源仍然是一个谜。“因此,这项新成果为各种恒星坍缩提供了一个统一的视角,”莱万说。“如果正确,这意味着磁星可能是自然界中许多最剧烈能量事件的驱动力。” 至少,这项新研究表明,111209A 及其超长同类最终还是属于长伽马射线暴家族。