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?66億光年外X射線信號證實中國學者13年前猜想\雙中子星合併 誕生「磁力王」

時間:2019-04-12 03:17:15來源:大公報

  圖:神秘磁星假想圖 中科大供圖

  電影《變種特工》虛幻出一位可以控制地球磁場的變種人叫「磁力王」。而在天文界,「磁力王」真實存在,它就是大質量毫秒磁星。記者從中國科學技術大學獲悉,該校物理學院天文系薛永泉教授研究組發現了一個來自約66億光年外持續約7小時的獨特X射線輻射信號。十年前,這種信號只存在於理論猜想中,研究團隊此次觀測在國際上首次證實了雙中子星併合直接產物可以是磁星,為未來的引力波探測和中子星研究帶來新的方向。該研究成果於4月11日在線發表在國際權威期刊《Nature(自然)》上。

  五彩中國\大公報記者 趙 臣

  借助美國太空總署的錢德拉空間望遠鏡所完成的當今世界上最深最靈敏的X射線巡天觀測——七百萬秒錢德拉南天深場,薛永泉教授等人發現了一個持續約7小時的獨特X射線輻射信號,這個信號來自約66億光年外。各種關鍵觀測數據均表明,該信號極有可能源於雙中子星合併之後光年外產生的磁星。中子星是宇宙中最為神奇的天體之一,它幾乎全部由中子組成,具有超高密度、超強磁場等極端物理屬性,是檢驗基本物理規律極佳的天然實驗室。

  觀測近20年意外發現

  薛永泉教授在接受大公報記者採訪時說:「此前天文界對雙中子星併合後會產生什麼,並沒有定論,大部分研究者認為併合會直接產生黑洞。」他介紹,2006年南京大學戴子高教授領銜的一項理論研究預言雙中子星併合將產生引力波暴的同時,會產生大質量毫秒快轉的極強磁場中子星(即毫秒磁星)或者甚至是穩定的中子星。

  有趣的是,雙中子星併合後的產物並不是薛永泉研究組此前的研究方向。薛永泉介紹,他從1999年開始進行X射線巡天觀測,2016年3月共完成了102個觀測組的數據收集,在2017年進行一項研究中,他偶然發現了此前存儲的2015年3月的觀測數據,當時就覺得該暫現源十分有意思,便深入研究,並對數據進行理論模型的計算等,最終研究結果完全契合磁星模型,證明了此前戴子高教授的預言。

  表面磁場比人造強億倍

  此次觀測到這種以前只存在於理論猜想中的新型X射線信號,在國際上首次證實了雙中子星併合直接產物可以是磁星。

  薛永泉說,此次研究發現的意義是可以幫助了解磁星這種非常緻密的核物質的狀態。據他介紹,雙中子星併合形成的磁星,表面磁場比目前人類實驗室能製造出來的最強磁場還強上億倍。同時,磁星具有超高的自轉速度,每秒自轉幾百上千周。由於磁星的快速自轉,即使它的質量超過中子星質量上限,其離心力也能幫助它短期抗衡自身的強大引力,因而不會坍縮成黑洞。

  此外,雙中子星併合會產生非常劇烈的引力波。2017年8月17日發生過一個全世界轟動的就是雙中子星併合的引力波信號的事件。薛永泉表示,今後如果再次探測到這種引力波信號,就可以把該引力波信號跟其團隊已探測到的X射線信號等聯合起來,進而把整個事件、整個天體的性質確定得更加精確。

  大質量毫秒磁星的物理特性

  ?毫秒磁星自轉周期為毫秒級,一秒鐘可自轉幾百圈。

  ?一般的中子星通常為1點多個太陽質量、極少超過2個太陽質量,而大質量磁星可高達2.5個太陽質量左右。

  ?一般中子星的磁場在108到1012高斯左右,而磁星高達1014高斯以上,這樣的磁力轉換為壓強,相當於在一元硬幣那麼小的面積上承受一億噸物體的壓力。

  (記者趙臣整理)

  

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