美国宇航局在国际空间站上的中子星内部合成探测望远镜(NICER)检测到一次突然出现的高能X射线爆发。这次爆炸是由脉冲星表面巨大的热核闪光引起，脉冲星是很久以前作为超新星爆炸的一颗恒星残骸。X光爆发是迄今为止中子星内部合成探测望远镜观察到最亮的一次，来自一个名为SAX J1808.4-3658的天体，简称J1808。这些观测揭示了许多从未在一次爆发中一起被观察到的现象。此外，由于天文学家还无法解释的原因，下沉的光又短暂地变亮了。
美国宇航局戈达德太空飞行中心和马里兰大学学院公园分校的天体物理学家，首席研究员彼得·博特(Peter Bult)表示：这次爆发非常突出，看到亮度的两步变化，我们认为这是由脉冲星表面的单独层喷射引起，以及其他有助于解码这些强大事件的物理特征。这次爆炸被天文学家归类为I型X射线爆发，在20秒内释放的能量相当于太阳在近10天内释放的能量。
这次创纪录的喷发，捕捉到的细节更好，将有助于天文学家微调对驱动它和其他爆发脉冲星热核耀斑物理过程的理解。脉冲星是一种中子星，是当一颗巨大的恒星耗尽燃料，在自身重量下坍塌并爆炸时，留下的小型核心。脉冲星可以快速自转，并在磁极上承载X射线发射热点。当物体旋转时，它扫过我们视线上的热点，产生有规律的高能辐射脉冲。
J1808位于人马座大约11000光年远的地方，它以令人眼花缭乱每秒401转的速度自转，并且是双星系统的一员，它的同伴是一颗棕矮星，比一颗巨大的行星还要大，但太小了，不能成为一颗恒星。一股稳定的氢气气流从伴星流向中子星，并积累在一种称为吸积盘的巨大存储结构中。吸积盘中的气体不容易向内移动，但是每隔几年，像J1808这样的脉冲星周围的圆盘就会变得非常稠密，以至于大量的气体被电离或剥离其电子。
这使得光更难通过圆盘移动，被捕获的能量开始了一个失控的加热和电离过程，这个过程捕获了更多能量。气体变得更难流动，开始向内螺旋，最终落到脉冲星上。氢气降到脉冲星表面形成一个炽热的，不断加深的全球“海”。在这一层的底部，温度和压力不断升高，直到氢核融合形成氦核，氦核产生能量。NICER副首席研究员，合著者之一Zaven Arzoumanian解释说：
氦沉淀下来并建立了自己的一层，一旦氦层有几米深，条件能让氦原子核融合成碳。然后氦爆炸喷发，并在整个脉冲星表面释放出热核火球。天文学家采用爱丁顿极限的概念（以英国天体物理学家阿瑟·爱丁顿爵士命名）来描述一颗恒星在辐射导致恒星膨胀之前所能拥有的最大辐射强度。这一点很大程度上取决于位于发射源上方组成。该研究的合著者、剑桥麻省理工学院的物理学教授迪普托·查克拉巴蒂(Deepto Chakrabarty)说：
研究以一种新的方式利用了这个概念，显然在同一X射线爆发中看到了两种不同成分的爱丁顿极限。这是一种非常有力和直接的方式来跟踪作为事件基础的核燃烧反应。随着爆发的开始，数据显示，X射线亮度稳定了近一秒，然后又以较慢的速度增加。研究人员将这种“停滞”解释为爆炸能量积累到足以将脉冲星的氢层吹向太空的时刻。火球继续积聚了两秒钟，然后达到了顶峰，吹走了更大质量的氦层。氦膨胀得更快，在氢层消散之前超过了氢层，然后减速，停止，并回到脉冲星表面上。
在这个阶段之后，由于研究团队还不清楚的原因，脉冲星又短暂地变亮了大约20%。在J1808近一轮的活动中，NICER探测到了另一个更微弱的X射线爆发，它没有显示出在之前事件中观察到的任何关键特征。除了探测到不同层的膨胀外，对爆炸的更好观察揭示了X射线从吸积盘反射出来，并记录了“爆发振荡”的闪烁，即以脉冲星自旋频率上升和下降的X射线信号，但发生在与其正常X射线脉冲相关热点不同的表面位置，其研究发现发表在《天体物理学》期刊上。
博科园｜研究/来自：美国宇航局戈达德太空飞行中心
参考期刊《天体物理学》
DOI: 10.3847/2041-8213/ab4ae1
发表于 2020-10-12 21:58
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