距离创造历史已经三年多了首次探测到碰撞中子星。天文学家在 1.3 亿光年之外观察到了伽马辐射的明亮闪光,并伴随着涟漪,当两颗死去的星星走到一起时。
从那时起,天文学家一直在密切关注发生碰撞的太空角落,看看在如此猛烈的事件发生后会发生什么。令人惊讶的是,他们发现在模型预测这种发光会停止很久之后,它仍然在 X 射线光谱中继续发光。
“我们对中子星的理解正在进入一个新阶段,”天文学家埃莉奥诺拉·特罗哈说马里兰大学的。
“我们真的不知道从现在开始会发生什么,因为我们所有的模型都预测没有 X 射线,而在检测到碰撞事件 1000 天后我们很惊讶地看到它们。可能需要数年时间才能找到答案正在发生的事情,但我们的研究为许多可能性打开了大门。”
此次碰撞事件名为 GW170817,首次于 2017 年 8 月 17 日被 LIGO-Virgo 检测到,该事件是长蛇座天空部分发出的引力波探测器。
然后,仅仅 1.7 秒后,两个天基观测站,即 NASA 的费米伽马射线太空望远镜和 ESA 的国际伽马射线天体物理实验室,接收到了强烈的伽马射线暴- 宇宙中最明亮、最有活力的事件 - 来自同一天空区域。
九天后,天文学家发现了从无线电波到 X 射线的电磁波谱的辉光。这是伽马射线爆发后从未见过的新事物。此前,所有伽马射线爆发都会在几分钟内完全消退,而这种辉光却违背了我们对伽马射线爆发后果的理解。
这种新的余辉发射被解释为相对论性射流的结果- 也就是说,来自千新星爆炸的喷射流以光速的很大一部分速度移动。当这股喷射流膨胀到太空时,它会产生自己的冲击波,发出从无线电波到 X 射线的整个光谱的光。
余辉的亮度继续增强,在 160 天时达到顶峰,然后迅速消失,但 X 射线仍然存在。钱德拉 X 射线天文台最后一次探测到它是在今年 3 月,距离第一次探测到碰撞已经过去了两年半。在五月份使用澳大利亚望远镜紧凑阵列进行的后续观测中,辉光低于检测阈值。
(E.特洛伊)
Troja 和她的团队绘制了 X 射线辉光图,发现长时间的发射仍然与相对论性喷流一致,但不太确定是什么让它在碰撞后持续这么长时间。
鉴于 GW170817 是我们能够观测到的第一个此类事件,很可能存在一些我们不了解的关于伽马射线暴如何发生以及如何发生的事情。发生碰撞。
“碰撞离我们如此之近,以至于我们可以看到它,这为我们打开了一扇我们很少能接触到的整个过程的窗口。”特洛伊说。 “可能有一些物理过程我们没有包含在我们的模型中,因为它们与我们更熟悉的早期阶段(喷流形成时)无关。”
也有可能不是喷流本身造成了长时间的发射,而是来自千新星的不断膨胀的气体云紧随其后,产生了自己的冲击波。如果多个冲击波在不同时间发生并且表现不同,就可以解释不同波长褪色的差异。
或者,X射线可以通过研究人员所说的“长寿命中央发动机的持续能量注入”来延长——即碰撞留下的任何东西继续发射X射线。
我们目前没有足够的数据来确定哪些情况导致了持续发光,但有些事情是明确的。首先,我们并不完全了解中子星合并。我们的模型缺少一些东西,只有持续的观察和分析才能帮助找出它是什么。
其次,由于这种辉光仅与中子星碰撞有关,因此它可能是我们可以用来识别我们可能错过的其他中子星碰撞的特征。它的特性可用于在 X 射线数据档案中寻找类似的发射,以发现这些遗漏的事件。
对 GW170817 天空的更多观测将于今年 12 月开始,天文学家不确定他们会发现什么。不管怎样,这都会限制我们对事件的理解。
“这可能是一个历史来源的最后一口气,也可能是一个新故事的开始,其中的信号在未来再次变亮,并且可能在几十年甚至几个世纪内保持可见,”特洛伊说。 “无论发生什么,这一事件正在改变我们对中子星合并的了解,并重写我们的模型。”
该研究预计将发表在英国皇家天文学会每月通知,并且可用于arXiv。