神秘的辐射爆炸可能来自我们宇宙中最极端的恒星

一幅插图显示了一颗极度死亡的恒星或磁星爆发出快速的射电爆发。(图片来源:uux.cn/欧空局)

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（罗伯特·李）：新的研究揭示了不同类型的中子星，在大质量恒星死亡时诞生，以相似的方式运行。这听起来可能是一个次要的结果，但从大的方面来看，这一发现进一步支持了这样一个想法，即这些极端死亡的恒星——如此密集的一汤匙恒星相当于珠穆朗玛峰的重量——可能是被称为快速射电爆发(FRBs)的神秘辐射爆炸的背后。

毫秒级的射电爆发FRB似乎来自银河系之外，然而自2007年被发现以来，它们的起源一直是个谜。然而，有一个可能的疑点:高磁性中子星，或磁星。

这项新发现背后的团队，包括来自马克斯·普朗克射电天文学研究所(MPIfR)和曼彻斯特大学的研究人员，发现磁星确实在脉冲结构和旋转之间存在某种关系，这种关系也存在于其他所谓的“射电大”中子星中。

在不同种类的中子星之间发现了相似的“宇宙尺度”,这暗示了等离子体过程可能是这些射电辐射本身的原因；该小组说，这也导致科学家将FRB中看到的结构解释为相应旋转周期的结果。

“当我们开始比较磁星和FRB的排放时，我们预计会有相似之处，”迈克尔·克莱默，该发现论文的第一作者和MPIfR的主任在一份声明中说。“我们没有预料到的是，所有射电大中子星都有这种普遍的标度。

中子星是在大质量恒星耗尽核聚变燃料时形成的。一旦恒星耗尽这种燃料，支撑它们抵抗自身重力向内挤压的能量就不复存在了。然后，这导致恒星的外层被吹走，导致大规模的超新星爆炸，同时核心本身崩溃。

这种坍缩会持续下去，直到该区域的电子和质子碰撞在一起，形成一片富含中子的物质海洋，从而阻止恒星内核进一步坍缩。再多的话，核心最终会产生一个黑洞。然而，没有黑洞，核心坍塌过程的结果是一个大约地球上一个城市宽度的物体——大约12英里(20公里)——和难以理解的密度。回想一下珠穆朗玛峰的例子。

然而，这并不是引力塌缩导致的唯一极端质量。就像溜冰者可以通过收缩手臂来加速旋转一样，产生中子星的恒星核心半径会减小，因此会“旋转起来”。这个旋转过程会对内核产生相当大的影响。例如，一些年轻的中子星每秒钟可以旋转700次。如果它们喷射出席卷地球的辐射流，就像来自宇宙灯塔的光束一样，快速旋转的中子星被称为脉冲星。每秒钟旋转数百次的中子星被称为毫秒脉冲星。

虽然脉冲星以其周期性而闻名，但另一方面，“旋转无线电瞬变”是中子星，它发出的无线电波更为零星，时间也不太合适。

此外，当恒星内核的磁场线在坍缩过程中“挤压”时，会产生比地球磁场强一万亿倍的磁场。但一些中子星的磁场甚至比这还要强大，比“正常”中子星的磁场强1000倍。

这些被称为磁星。

天文学家迄今为止知道大约30颗磁星，其中大约6颗被观察到发射无线电波，这使得科学家们推断FRB来自银河系以外的磁星——河外磁星。

该小组通过详细观察6颗已知磁星的单个脉冲，着手研究磁星-FRB之间可能的联系。然后他们用位于德国Bad Münstereifel的射电望远镜Effelsberg探测脉冲的亚结构，这是地球上最大的完全可定向的射电望远镜之一。

令研究小组惊讶的是，快速旋转的毫秒脉冲星和旋转的无线电瞬变具有相似的脉冲结构。这导致他们对磁星和其他形式的中子星建立了一个普遍的标度关系，将脉冲结构与旋转周期联系起来，无论这些极端的恒星每隔几毫秒或大约100秒旋转一次。

“我们预计磁星由磁场能量提供动力，而其他的由旋转能量提供动力，”团队成员、MPIfR的科学家刘阔在声明中说。"有些人非常老，有些人非常年轻，但似乎都遵循这个规律。"

换句话说，所有这些发出无线电波的中子星的行为都像磁星，这一事实表明，对于所有发出无线电波的中子星来说，亚脉冲结构的内在起源一定是相同的。

“如果至少有一些FRB来自磁星，那么爆发中的子结构的时间尺度可能会告诉我们潜在磁星源的旋转周期，”团队成员、焦德雷尔班克天体物理中心的研究员Ben Sappers在声明中说。“如果我们在数据中发现这种周期性，这将是解释这种类型的FRB作为射电源的里程碑。”

该团队的研究发表在11月23日的《自然天文学》杂志上。