新的哈勃望远镜图像揭示了中子星碰撞的前所未有的细节


早在三月份,天文学家就把哈勃太空望远镜指向了两颗中子星碰撞过的太空遥远的地方。利用哈勃的巨眼,他们在六个望远镜围绕地球运行的轨道上盯着那个遥远的地方7小时28分32秒。这是有史以来最长的碰撞场所,天文学家称之为“最深”的形象。但他们的射击是在碰撞发出的光线到达地球后的19个月之后发生的,并没有发现任何中子星合并的残余物。这是个好消息。

这个故事始于2017年8月17日的一次摆动。引力波在太空中传播了1.3亿光年,推动了激光干涉引力波天文台(LIGO)中的激光,这是一种跨越波浪探测器的引力波探测器。地球。该信号遵循一种模式,一种告诉研究人员的信号是两颗中子星合并的结果 – 这是第一次发现的中子星合并。引力波探测器无法判断波的方向是什么,但是一旦信号到达,全世界的天文学家就会采取行动,在夜空中寻找爆炸源。他们很快就发现了这个问题:一个名为NGC4993的星系的外围点已经点亮了碰撞的“千禧” – 一个巨大的爆炸,在一个明亮的光线显示中迅速将放射性物质褪入太空。

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几个星期后,NGC4993在太阳落后,直到第一次碰撞后约100天才再次出现。那时,千诺瓦已经褪色,揭示了中子星合并的“余辉” – 一种更微弱但更持久的现象。在2017年12月至2018年12月期间,天文学家使用哈勃望远镜观察余辉10次,因为它慢慢褪色。然而,这张最新的图像显示没有明显的余辉或其他碰撞迹象,可能是最重要的图像。

“我们能够制作出非常准确的图像,它帮助我们回顾了之前的10幅图像并制作了一个非常准确的时间序列,”西北大学的天文学家Wen-fai Fong表示,他领导了这项最新的成像工作。

这个“时间序列”相当于随着时间的推移不断演变的余辉的10个清晰镜头。该系列的最后一张图片显示了没有任何余辉的空间中的点,使他们能够回到早期的图像并从周围的所有星中减去光。随着所有的星光被移除,研究人员留下了前所未有的,非常详细的余辉形状和演变的图片。

这是Fong的图像从它们中减去的十个先前图像的样子。

(图片来源:Wen-fai Fong等,哈勃太空望远镜/美国国家航空航天局)

Fong告诉Live Science,如果我们只是用眼睛抬头望着夜空,那么出现的画面看起来就像我们看不到的任何东西。

“当两颗中子星合并时,它们会形成一些重物 – 无论是巨大的中子星还是黑色的小黑洞 – 而且它们的旋转速度非常快。物质沿着两极弹射出来,”她说。

她说,这种材料在两列中以极快的速度起飞,一根从南极向上,另一根从北向。当它远离碰撞现场时,它会撞击灰尘和其他星际空间碎片,传递一些动能并使星际物质发光。 Fong说,所涉及的能量非常强烈。如果这种情况发生在我们的太阳系中,它将远远超过我们的太阳。

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其中大部分已经从早期的理论研究和余辉的观察中得知,但Fong的工作对天文学家的真正重要性在于它揭示了原始碰撞发生的背景。

“这是一项很好的工作。它显示了我们在早期哈勃观测中对我们工作的怀疑,”英国华威大学的天文学家约瑟夫莱曼说,他领导了早期的余辉研究。 “二元中子星没有在球状星团内合并。”

球状星团是空间密集的恒星区域,Lyman没有参与新的努力,他告诉Live Science。中子星是罕见的,中子星双星,或成对的中子星相互绕行,甚至更罕见。早期,天文学家曾怀疑合并中子星双星最有可能出现在太空区域,在这些区域中恒星紧密地聚集在一起并且相互摆动。 Lyman和他的同事分析了早期的哈勃数据,发现了一些可能不是这种情况的证据。 Fong的图像显示没有找到球状星团,这似乎证实,至少在这种情况下,中子星碰撞不需要形成密集的恒星群。

Fong说,研究这些余辉的一个重要原因是,它可能有助于我们理解短伽马射线爆发 – 天文学家偶尔在太空中发现的神秘的伽马射线爆炸。

“我们认为这些爆炸可能是两颗合并的中子星,”她说。

这些情况的差异(天文学家没有发现任何可以证实其性质的引力波)是合并到地球的角度。

Fong说,地球对这次合并的余辉有一个侧面看法。我们看到光线上升然后随着时间的推移逐渐消失。

但是当发生短暂的伽马射线爆发时,她说,“这就像你正在俯视着火焰筒。”

她说,在这些情况下逃离物质的喷气机之一是指向地球。因此,我们首先看到来自最快移动的粒子的光,以TK光速行进,作为伽马射线的短暂闪光。然后,随着较慢移动的粒子到达地球并变得可见,光点将逐渐消失。 (然而,没有人将短伽马射线爆发与中子星合并的引力波特征相匹配。)

这篇新论文将发表在“天体物理学杂志快报”上,并没有证实这一理论。但它为研究人员提供了比研究中子星合并余辉更多的材料。

“对于哈勃在理解这些极其模糊的系统中的重要性,这是一个很好的广告,”莱曼说,“并提供了关于通过什么进一步提高可能性的线索。 [the James Webb Space Telescope],“哈勃望远镜的大规模继任者,计划于2021年部署。

最初发表于 生命科学