漩涡状冲击波或使脉冲星像陀螺一样旋转

超新星的首次 3D 模拟指出旋转冲击波是脉冲星自转的来源

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研究人员可能终于找到了脉冲星(宇宙中散布的旋转中子球)为何如此旋转的原因。模拟表明,关键可能在于伴随垂死恒星爆炸而来的摆动冲击波。

当质量是太阳数倍的恒星耗尽燃料时,它们会坍缩成超高密度的脉冲星。这种坍缩的标志是超新星爆发,它会剥离恒星的大部分原有质量。原则上,由此产生的脉冲星应该比其较大的母恒星旋转得更快,就像花样滑冰运动员将手臂拉向身体以更快地旋转一样。

“如果你应用这个[想法],中子星的旋转速度会非常快,以至于它们会自行解体,”北卡罗来纳州立大学的天体物理学家约翰·布隆丁说。“一定有什么东西减慢了它们的速度。” 研究人员推测,穿透恒星的磁场起到了刹车的作用,但他们不知道这些磁场是否能将脉冲星减速到其观测到的速度范围。


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布隆丁和他在橡树岭国家实验室的同事安东尼·梅扎卡帕提出,恒星坍缩期间在恒星内部隆隆作响的冲击波才是真正的罪魁祸首。先前对该过程的 2D 模拟发现,当恒星物质凝结成坚硬的块状物时,强大的冲击波会在其核心中回荡并向外扩散。

研究人员的 3D 模拟捕捉到了过去模型遗漏的东西:冲击波会旋转。他们在本周的《自然》杂志上报告说,他们提出这种旋转导致坍缩的恒星朝着与冲击波移动方向相反的方向转动。

他们发现,大约一秒后,旋转速度将足够快,可以解释典型的脉冲星速度,即每 300 毫秒旋转一次。“让我们兴奋的是,”布隆丁说,“我们自然地解释了观测到的脉冲星周期。”

但这里有一个问题:磁场或其他一些效应必须首先大幅减慢核心的速度,这样冲击波才能将其加速到正确的速度。弗吉尼亚大学的天体物理学家罗杰·谢瓦利埃说,这将要求磁场比目前粗略的估计更有效地发挥刹车作用。他指出,这些估计已经将脉冲星置于正确的范围内。

不过,布隆丁对此持乐观态度。他说,如果没有冲击波效应,“我们没有理论可以解释为什么它们会减速到 300 毫秒。”

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