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银河系核心存在脉冲星缺失问题。天文学家多年来一直试图解释这一问题。欧洲天文学家团队提出了一个更有趣的想法,他们提到了暗物质、中子星和原始黑洞 (PBH)。
意大利的里雅斯特国际高等研究学院的天文学家罗伯托·蔡奥佐带领一个小组研究失踪的脉冲星问题。 “我们没有在这个内部区域观测到任何类型的脉冲星(磁星 PSR J1745-2900 除外),”他在一封电子邮件中写道。
“这被认为是由于技术限制,但对磁星的观察似乎表明并非如此。” 该磁星围绕人马座 A*(银河系核心的黑洞)运行。
研究小组研究了脉冲星没有出现在核心中的其他可能原因,并仔细研究了磁星的形成以及磁星的破坏。。 他们研究的一个有趣的想法是蚕食由中子星。
研究小组通过提出以下问题来探索脉冲星缺失问题:中子星与原初黑洞的同类相食能否解释缺乏探测到的脉冲星现象?在银河系的核心? 让我们看看这个谜团中的主要参与者,看看这是否会发生。
中子星、脉冲星和小黑洞,天哪
理论认为,原始黑洞是在大爆炸后的第一秒内产生的。“PBH 尚不清楚是否存在,”Caiozzo 指出,“但它们似乎可以解释一些重要的天体物理现象。”他指出,似乎在宇宙的早期就存在,并表明它们可能是这些怪物的种子。
如果外星存在 PHB,即将投入使用的南希·格雷斯·罗曼望远镜将帮助找到它们。天文学家预测,它们的质量范围可能从大头针质量到太阳质量的 100,000 倍左右。中间可能存在一个中间范围,即所谓的“小行星质量”PBH。天文学家认为这些 PBH 可能是暗物质的候选者。
暗物质约占宇宙的 27%,但不仅仅表明 PBH 可能是宇宙的一部分内容,天文学家仍然不知道它到底是什么。 我们银河系的核心似乎确实有大量的这种物质。 然而,它还没有被直接观察到,因此推断它的存在。 它与那些中频 PBH 相关吗? 没人知道。
脉冲星失踪之谜中的第三个角色是中子星。它们是质量为 10 到 25 个太阳质量的超巨星死亡后留下的巨大、颤动的中子球。中子星一开始非常热(在 1000 万 K 范围内),随着时间的推移逐渐冷却。
它们一开始旋转得非常快,确实会产生磁场。有些会发出辐射束(通常是),当它们旋转时,这些光束会以发射“脉冲”的形式出现。这为它们赢得了“脉冲星”的绰号。具有极强磁场的中子星被称为“磁星”。
失踪的脉冲星问题
天文学家一直在银河系核心寻找脉冲星,但收效甚微。一次又一次的调查都没有在银河系核心内部 25 秒差距内发现任何射电脉冲星。这是为什么呢?Caizzo 和他的合著者在他们的论文中提出了这一问题纸,发布到论文集预印本服务器,磁星的形成以及影响脉冲星形成的中子星的其他破坏并不能准确解释这些物体在星系核心中的缺失。
“磁星的高效形成可以解释这一现象(因为它们的寿命较短),”他说,“但没有理论依据可以预测这种情况。另一种可能性是脉冲星以某种方式受到干扰。”
通常,双星系统中会发生分裂,其中一颗恒星的质量大于另一颗,然后爆炸成为超新星。另一颗恒星可能会爆炸,也可能不会。某种东西可能会把它完全踢出系统。幸存的中子星会变成一颗“分裂”的脉冲星。它们不太容易被观测到,这可以解释为什么没有无线电探测到。
如果伴星没有被踢出,后来又膨胀起来,它的物质就会被中子星吸走。这会使中子星旋转起来并影响磁场。如果第二颗恒星留在系统中,它后来会爆炸并变成一颗中子星。结果是双中子星。这种破坏可能有助于解释为什么银河系核心似乎没有脉冲星。
利用原始黑洞捕获来解释缺失的脉冲星
Caizzo 的团队决定使用毫秒脉冲星(即旋转速度极快的脉冲星)的二维模型来研究银河系核心捕获原始黑洞的可能性。
这个过程是这样的:一个毫秒脉冲星以某种方式与一个质量小于一个恒星的原始黑洞相互作用。最终,中子星(其引力足够强,可以吸引 PBH)捕获黑洞。一旦发生这种情况,PBH 就会沉入中子星的核心。在核心内部,黑洞开始从中子星吸积物质。
最终,剩下的只是一个质量与原始中子星大致相同的黑洞。如果发生这种情况,这将有助于解释银河系内部秒差距中缺乏脉冲星的原因。
这会发生吗?该团队调查了中子星捕获 PBH 的可能速率。他们还计算了特定中子星坍缩的可能性,并评估了银河系核心中脉冲星的破坏率。如果不是所有被破坏的脉冲星都是或曾经是双星系统的一部分,那么中子星捕获 PBH 就是解释核心中缺乏脉冲星的另一种方式。但是,这在现实中会发生吗?
失踪的脉冲星张力仍在继续
事实证明,这种同类相食现象无法解释脉冲星失踪问题,Caizzo 表示。“我们发现,在我们目前的模型中,PBH 无法破坏这些物体,但这只是考虑到我们简化的 2 天体相互作用模型,”他说。这并不排除 PHB 的存在,只是在特定情况下,这种捕获不会发生。
那么,还需要检查什么? 如果核心中存在 PHB 并且它们正在合并,那么还没有人看到它们。 但是,银河系中心却是一个繁忙的地方。 许多尸体挤满了中央秒差距。 您必须计算所有这些物体在如此小的空间中相互作用的效果。 “多体动力学”问题必须考虑其他相互作用,以及 PBH 的动力学和捕获。
天文学家希望利用 PBH-中子星合并来解释星系核心缺乏脉冲星观测的原因,他们需要更好地理解拟议的观测结果和大量的脉冲星。
研究小组认为,未来对人马座 A* 附近的老中子星的观测可能非常有用。 他们将帮助对核心中的 PBH 数量设定更严格的限制。 此外,了解这些 PBH 的质量也很有用,因为低端的 PBH(小行星质量类型)的相互作用可能非常不同。