天文学家首次见证了“磁星”的诞生

艺术家对磁星的构想，它被一个吸积盘包围，而磁星因广义相对论的影响而摇晃或进动。一些磁星模型认为，磁星沿旋转轴向高速带电粒子喷流。 图片来源：uux.cn约瑟夫·法拉 / 柯蒂斯·麦卡利 / 拉斯昆布雷斯天文台

（神秘的地球uux.cn）据《大众科学》（安德鲁·保罗）：2024年12月，天文学家目睹了一颗质量约为太阳25倍的恒星在一场壮丽的火焰中陨落。SN 2024afav位于距离地球10亿光年处，是超光亮超新星爆发的典型例子——这种事件亮度至少是大恒星爆炸的十倍。全球的研究人员利用拉斯昆布雷斯天文台的27台望远镜全球网络，记录了这场奇观超过200天。

虽然超新星的亮度在第50天左右达到顶峰，但天文学家注意到了一些异常现象。光度没有像预期那样缓慢衰减，而是向下振荡，而每次波动之间的时间缩短。过去的超光亮超新星只出现过一两个凸起，但2024年空星卫星显示了四个凸起。

经过数月的计算——以及阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的一些帮助——研究人员相信他们找到了解释。天文学家首次见证了磁星的诞生——一颗高速旋转、极度磁化的中子星。其影响，正如今天发表在《自然》杂志上的一项研究所详细描述的，表明这些宇宙能量体正在推动宇宙中一些最具爆炸性的超新星爆发。

这些发现证实了加州大学伯克利分校理论天体物理学家丹·卡森16年前首次提出的理论。卡森和他的同事们假设，至少有些超光速超新星的能量来源于磁星——这只是恒星衰亡过程中众多可能结果之一。

恒星的质量决定了其寿命的终结。如果它质量不足以坍缩成黑洞，它将被压缩成中子星。然而，在其一生中拥有强磁场的恒星并不会失去磁场。它们变成了磁星，磁场强度是旋转中子星或脉冲星的100到1000倍。磁星和脉冲星直径都只有大约10英里，但它们一开始会以每秒超过1000圈的速度旋转。

卡森团队推测，旋转的磁星会加速带电粒子，使其与扩展的超新星碎片碰撞。据团队介绍，这正是某些超新星比其他超新星更明亮的原因。

“多年来，磁星的想法几乎像是理论家的魔术——将一台强大的引擎隐藏在超新星碎片层层后面，”未参与这项新研究的卡森在一份声明中说。“这本可以解释这些爆炸异常明亮的原因，但我们无法直接看到它。”

包括加州大学圣塔芭芭拉分校天体物理学家约瑟夫·法拉（Joseph Farah）在内的团队最新研究终于解释了这个魔术，但这一过程经过了一些反复试验。

“我们测试了多个想法，包括纯粹的牛顿效应，”法拉解释道。

答案并非来自牛顿物理，而是来自广义相对论。法拉对SN 2024afav的模型涉及爆炸产生的物质向磁星内落，形成所谓的吸积盘。盘中的碎屑场几乎肯定是不对称的，意味着吸积盘和磁星的自旋轴都错位了。广义相对论说，旋转的物体在旋转时拖拽着时空。当磁星施加旋转时，理论上会产生所谓的透镜-三重进动。

简单来说：错位的吸积盘开始摇摆。当它出现时，有时会像闪烁的转向灯一样阻挡并反射磁星的光。当盘子靠近磁星时，其半径减小，摆动速度加快。总体来看，这解释了SN 2024afav光度振荡时间的缩短，并证实了卡森的磁星理论。

法拉说：“这是首次需要广义相对论来描述超新星的力学。”

“我认为约瑟夫已经找到了确凿证据，”拉斯坎布雷斯天文台高级科学家、加州大学圣巴巴拉分校物理学家兼研究合著者安迪·豪威尔说。“他把这些凸起和磁星模型联系起来，用天体物理学中最经过验证的理论——广义相对论——解释了一切。它极其优雅。”

磁星仍然不是对超光超新星的万能解释。另一种理论认为，爆炸恒星的冲击波有时会撞击附近物质，使其亮度增加。卡森还提出，一个新形成且吸积盘错位的新黑洞也可能短暂地为明亮的超新星提供燃料。

但即使磁星为超光速超新星的一小部分提供能量，这也标志着天文学和广义相对论中的一个重要时刻。

“这是我有幸参与过的最激动人心的事情，”法拉说。“这就是我小时候梦想的科学。”