NICER捕捉到創(chuàng)紀(jì)錄的X射線爆炸

美國(guó)宇航局國(guó)際空間站的中子星內(nèi)部成分探測(cè)儀(NICER)望遠(yuǎn)鏡在美國(guó)東部時(shí)間8月20日晚上10:04左右發(fā)現(xiàn)了X射線的突然尖峰。爆炸是由脈沖星表面上巨大的熱核閃光引起的，這顆恒星的破碎殘骸很久以前就爆炸了，成為超新星。

迄今為止，NICER看到的最明亮的X射線爆炸來(lái)自一個(gè)名為SAX J1808.4-3658的物體，簡(jiǎn)稱J1808。這些發(fā)現(xiàn)揭示了許多現(xiàn)象，這些現(xiàn)象在一次爆發(fā)中從未被一起發(fā)現(xiàn)過(guò)。此外，由于天文學(xué)家無(wú)法解釋的原因，下沉的火球再次短暫變亮。

美國(guó)宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心和馬里蘭大學(xué)公園大學(xué)的天體物理學(xué)家，首席研究員彼得·布爾特說(shuō)：“這次爆炸非常出色。” “我們發(fā)現(xiàn)亮度發(fā)生了兩步變化，我們認(rèn)為這是由脈沖星表面上分開的各層噴射以及其他有助于我們對(duì)這些強(qiáng)事件的物理現(xiàn)象進(jìn)行解碼的特征引起的。”

天文學(xué)家將該爆炸歸類為I型X射線爆炸，該爆炸在20秒內(nèi)釋放了與太陽(yáng)近10天相同的能量。在創(chuàng)紀(jì)錄的噴發(fā)中捕獲到的NICER的詳細(xì)信息將幫助天文學(xué)家更好地理解驅(qū)動(dòng)它和其他脈沖星爆發(fā)的熱核爆發(fā)的物理過(guò)程。

脈沖星是一種中子星，當(dāng)一顆大質(zhì)量的恒星用盡燃料，在其自身的重量下坍縮并爆炸時(shí)，其留下的緊湊型核子。脈沖星可以快速旋轉(zhuǎn)，并在其磁極上容納發(fā)射X射線的熱點(diǎn)。當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)將熱點(diǎn)掃過(guò)我們的視線，產(chǎn)生規(guī)律的高能輻射脈沖。

J1808位于人馬座星座約11,000光年。它每秒旋轉(zhuǎn)令人眼花亂的401轉(zhuǎn)，是二進(jìn)制系統(tǒng)的一個(gè)成員。它的伴星是一個(gè)棕色的矮人，這個(gè)物體比一個(gè)巨大的行星還大，但又太小而不能成為恒星。穩(wěn)定的氫氣流從伴星流向中子星，并聚集在一個(gè)巨大的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，稱為吸積盤。

吸積盤中的氣體不容易向內(nèi)移動(dòng)。但是每隔幾年，脈沖星周圍的磁盤(例如J1808)變得如此密集，以至于大量的氣體被電離或剝奪了電子。這使光線更難穿過(guò)磁盤。捕獲的能量開始了失控的加熱和電離過(guò)程，從而捕獲了更多的能量。氣體變得更難以流動(dòng)，并開始向內(nèi)盤旋，最終落到脈沖星上。

在被稱為J1808的脈沖星上發(fā)生的熱核爆炸，是迄今為止由NASA的中子星內(nèi)部成分探測(cè)器(NICER)望遠(yuǎn)鏡看到的最亮的X射線爆發(fā)。爆炸于2019年8月20日發(fā)生在名為J1808的脈沖星上，在20秒內(nèi)釋放的能量與太陽(yáng)在近10天內(nèi)釋放的能量相同。觀看觀察科學(xué)家如何看待這種令人難以置信的爆炸。圖片來(lái)源：NASA的戈達(dá)德太空飛行中心

氫雨淋到地表形成了一個(gè)熱的，不斷加深的全球“海洋”。在這一層的基礎(chǔ)上，溫度和壓力不斷增加，直到氫核融合形成氦核，然后產(chǎn)生能量-這是我們太陽(yáng)核心工作的過(guò)程。

戈達(dá)德的NICER副首席研究員，該論文的合著者Zard Arzoumanian說(shuō)：“氦沉淀下來(lái)并堆積了一層氦。“一旦氦層深達(dá)幾米，條件就會(huì)使氦核融合成碳。然后氦會(huì)爆發(fā)爆發(fā)，并在整個(gè)脈沖星表面釋放出熱核火球。”

天文學(xué)家采用一種稱為愛(ài)丁頓極限的概念(以英國(guó)天體物理學(xué)家亞瑟·愛(ài)丁頓爵士的名字命名)來(lái)描述恒星在輻射引起恒星膨脹之前可以具有的最大輻射強(qiáng)度。這一點(diǎn)主要取決于排放源上方材料的成分。

劍橋大學(xué)麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授Deepto Chakrabarty說(shuō)：“我們的研究以新的方式利用了這個(gè)長(zhǎng)期存在的概念。” “我們顯然在同一X射線爆發(fā)中看到兩種不同成分的愛(ài)丁頓極限。這是追蹤事件背后核燃燒反應(yīng)的非常有力且直接的方法。”

爆發(fā)開始時(shí)，NICER數(shù)據(jù)顯示其X射線亮度穩(wěn)定了將近一秒鐘，然后以較慢的速度再次增加。研究人員將此“失速”解釋為爆炸能量積聚到足以將脈沖星的氫層吹入太空的那一刻。

火球繼續(xù)建立了另外兩秒鐘，然后達(dá)到頂峰，吹散了更大的氦氣層。氦膨脹得更快，在氫層消散之前就超過(guò)了氫層，然后變慢，停止并沉降回到脈沖星表面。在此階段之后，由于團(tuán)隊(duì)尚不了解的原因，脈沖星短暫再次明亮了約20%。

在J1808的最近一輪活動(dòng)中??，NICER發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)更暗淡的X射線爆發(fā)，沒(méi)有顯示出8月20日事件中觀察到的關(guān)鍵特征。

除了檢測(cè)不同層的膨脹以外，NICER對(duì)爆炸的觀察還揭示了從吸積盤反射的X射線，并記錄了“突發(fā)振蕩”的閃爍現(xiàn)象-X射線信號(hào)以脈沖星的自旋頻率上升和下降但發(fā)生在與引起其正常X射線脈沖的熱點(diǎn)不同的表面位置。