NICER捕捉到創(chuàng)紀(jì)錄的X射線爆炸

美國宇航局國際空間站的中子星內(nèi)部成分探測儀(NICER)望遠(yuǎn)鏡在美國東部時間8月20日晚上10:04左右發(fā)現(xiàn)了X射線的突然尖峰。爆炸是由脈沖星表面上巨大的熱核閃光引起的，這顆恒星的破碎殘骸很久以前就爆炸了，成為超新星。

迄今為止，NICER看到的最明亮的X射線爆炸來自一個名為SAX J1808.4-3658的物體，簡稱J1808。這些發(fā)現(xiàn)揭示了許多現(xiàn)象，這些現(xiàn)象在一次爆發(fā)中從未被一起發(fā)現(xiàn)過。此外，由于天文學(xué)家無法解釋的原因，下沉的火球再次短暫變亮。

美國宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心和馬里蘭大學(xué)公園大學(xué)的天體物理學(xué)家，首席研究員彼得·布爾特說：“這次爆炸非常出色。” “我們發(fā)現(xiàn)亮度發(fā)生了兩步變化，我們認(rèn)為這是由脈沖星表面上分開的各層噴射以及其他有助于我們對這些強事件的物理現(xiàn)象進(jìn)行解碼的特征引起的。”

天文學(xué)家將該爆炸歸類為I型X射線爆炸，該爆炸在20秒內(nèi)釋放了與太陽近10天相同的能量。在創(chuàng)紀(jì)錄的噴發(fā)中捕獲到的NICER的詳細(xì)信息將幫助天文學(xué)家更好地理解驅(qū)動它和其他脈沖星爆發(fā)的熱核爆發(fā)的物理過程。

脈沖星是一種中子星，當(dāng)一顆大質(zhì)量的恒星用盡燃料，在其自身的重量下坍縮并爆炸時，其留下的緊湊型核子。脈沖星可以快速旋轉(zhuǎn)，并在其磁極上容納發(fā)射X射線的熱點。當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時，它會將熱點掃過我們的視線，產(chǎn)生規(guī)律的高能輻射脈沖。

J1808位于人馬座星座約11,000光年。它每秒旋轉(zhuǎn)令人眼花亂的401轉(zhuǎn)，是二進(jìn)制系統(tǒng)的一個成員。它的伴星是一個棕色的矮人，這個物體比一個巨大的行星還大，但又太小而不能成為恒星。穩(wěn)定的氫氣流從伴星流向中子星，并聚集在一個巨大的存儲結(jié)構(gòu)中，稱為吸積盤。

吸積盤中的氣體不容易向內(nèi)移動。但是每隔幾年，脈沖星周圍的磁盤(例如J1808)變得如此密集，以至于大量的氣體被電離或剝奪了電子。這使光線更難穿過磁盤。捕獲的能量開始了失控的加熱和電離過程，從而捕獲了更多的能量。氣體變得更難以流動，并開始向內(nèi)盤旋，最終落到脈沖星上。

在被稱為J1808的脈沖星上發(fā)生的熱核爆炸，是迄今為止由NASA的中子星內(nèi)部成分探測器(NICER)望遠(yuǎn)鏡看到的最亮的X射線爆發(fā)。爆炸于2019年8月20日發(fā)生在名為J1808的脈沖星上，在20秒內(nèi)釋放的能量與太陽在近10天內(nèi)釋放的能量相同。觀看觀察科學(xué)家如何看待這種令人難以置信的爆炸。圖片來源：NASA的戈達(dá)德太空飛行中心

氫雨淋到地表形成了一個熱的，不斷加深的全球“海洋”。在這一層的基礎(chǔ)上，溫度和壓力不斷增加，直到氫核融合形成氦核，然后產(chǎn)生能量-這是我們太陽核心工作的過程。

戈達(dá)德的NICER副首席研究員，該論文的合著者Zard Arzoumanian說：“氦沉淀下來并堆積了一層氦。“一旦氦層深達(dá)幾米，條件就會使氦核融合成碳。然后氦會爆發(fā)爆發(fā)，并在整個脈沖星表面釋放出熱核火球。”

天文學(xué)家采用一種稱為愛丁頓極限的概念(以英國天體物理學(xué)家亞瑟·愛丁頓爵士的名字命名)來描述恒星在輻射引起恒星膨脹之前可以具有的最大輻射強度。這一點主要取決于排放源上方材料的成分。

劍橋大學(xué)麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授Deepto Chakrabarty說：“我們的研究以新的方式利用了這個長期存在的概念。” “我們顯然在同一X射線爆發(fā)中看到兩種不同成分的愛丁頓極限。這是追蹤事件背后核燃燒反應(yīng)的非常有力且直接的方法。”

爆發(fā)開始時，NICER數(shù)據(jù)顯示其X射線亮度穩(wěn)定了將近一秒鐘，然后以較慢的速度再次增加。研究人員將此“失速”解釋為爆炸能量積聚到足以將脈沖星的氫層吹入太空的那一刻。

火球繼續(xù)建立了另外兩秒鐘，然后達(dá)到頂峰，吹散了更大的氦氣層。氦膨脹得更快，在氫層消散之前就超過了氫層，然后變慢，停止并沉降回到脈沖星表面。在此階段之后，由于團(tuán)隊尚不了解的原因，脈沖星短暫再次明亮了約20%。

在J1808的最近一輪活動中??，NICER發(fā)現(xiàn)了另一個更暗淡的X射線爆發(fā)，沒有顯示出8月20日事件中觀察到的關(guān)鍵特征。

除了檢測不同層的膨脹以外，NICER對爆炸的觀察還揭示了從吸積盤反射的X射線，并記錄了“突發(fā)振蕩”的閃爍現(xiàn)象-X射線信號以脈沖星的自旋頻率上升和下降但發(fā)生在與引起其正常X射線脈沖的熱點不同的表面位置。