美國(guó)宇航局退役的康普頓任務(wù)揭示超重中子星 _美國(guó)

合并的中子星，如圖所示，當(dāng)它們聚集在一起并坍縮成黑洞時(shí)會(huì)產(chǎn)生伽馬射線爆炸。美國(guó)宇航局康普頓任務(wù)對(duì)兩次爆發(fā)的觀測(cè)表明，在它們最終坍縮之前，這些物體短暫地形成了一顆超大的中子星。（美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心/CI實(shí)驗(yàn)室）

1991年4月，宇航員在康普頓伽馬射線天文臺(tái)從亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)上部署期間對(duì)其進(jìn)行了成像。（圖片來源：NASA/STS-37 機(jī)組人員）

在這個(gè)動(dòng)畫中，一顆中子星（藍(lán)色球體）在彩色氣體盤的中心旋轉(zhuǎn) ，其中一些氣體沿著磁?。ɡ斷擼┝鞫ɡ棟咨∠擼┑轎鍰灞礱?。在這些系統(tǒng)中X射線中看到的準(zhǔn)周期振蕩的一種解釋是在圓盤內(nèi)邊緣附近形成一個(gè)熱點(diǎn)（白色橢圓形），隨著其性質(zhì)的變化而膨脹和收縮。由于這種不規(guī)則的軌道，熱點(diǎn)發(fā)射在一定頻率范圍內(nèi)變化。（美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心概念圖像實(shí)驗(yàn)室）
據(jù)美國(guó)宇航局（作者：弗朗西斯·雷迪）：研究稱為短伽馬射線暴（GRBs）的強(qiáng)大爆炸的檔案觀測(cè)的天文學(xué)家已經(jīng)檢測(cè)到光模式，表明超重中子星在坍縮成黑洞之前不久短暫存在。這個(gè)轉(zhuǎn)瞬即逝的大質(zhì)量物體可能是由兩顆中子星碰撞形成的。
“我們?cè)贜ASA的Neil Gehrels Swift天文臺(tái)，費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡和康普頓伽馬射線天文臺(tái)探測(cè)到的700個(gè)短GRB中尋找這些信號(hào) ， ”馬里蘭大學(xué)帕克分校（UMCP）和美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的研究員Cecilia Chirenti解釋說，他在美國(guó)天文學(xué)會(huì)第241次會(huì)議上介紹了這一發(fā)現(xiàn) 。在西雅圖。“我們?cè)诳灯疹D在1990年代初觀察到的兩次爆發(fā)中發(fā)現(xiàn)了這些伽馬射線模式。
由Chirenti領(lǐng)導(dǎo)的一篇描述結(jié)果的論文于1月9日星期一發(fā)表在科學(xué)雜志《自然》上。
當(dāng)中子星的核心耗盡燃料并坍縮時(shí)形成。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沖擊波，在超新星爆炸中吹走恒星的其余部分。中子星通常將比太陽更多的質(zhì)量打包成一個(gè)城市大小的球，但超過一定質(zhì)量，它們必須坍縮成黑洞。
康普頓數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)模擬都顯示，巨型中子星比已知質(zhì)量最大，精確測(cè)量的中子星（稱為J0740 + 6620）多20%，后者的重量幾乎是太陽質(zhì)量的2.1倍。超重中子星的大小幾乎是典型中子星的兩倍，大約是曼哈頓島長(zhǎng)度的兩倍。
巨型中子星每分鐘旋轉(zhuǎn)近78，000次 - 幾乎是J1748-2446ad速度的兩倍，J1748-2446ad是有記錄以來最快的脈沖星。這種快速旋轉(zhuǎn)短暫地支撐了物體免受進(jìn)一步的坍縮，使它們只存在了零點(diǎn)幾秒，之后它們開始形成一個(gè)比眨眼更快的黑洞。
“我們知道，當(dāng)繞軌道運(yùn)行的中子星碰撞在一起時(shí)，會(huì)形成短的伽馬射線暴，我們知道它們最終會(huì)坍縮成黑洞，但事件的確切順序尚不清楚，”UMCP天文學(xué)教授科爾米勒說。“在某個(gè)時(shí)候，新生的黑洞爆發(fā)出一股快速移動(dòng)的粒子，發(fā)出強(qiáng)烈的伽馬射線閃光，這是最高能量的光形式，我們想更多地了解它是如何發(fā)展的。
短的伽馬射線暴通常發(fā)光不到兩秒鐘，但釋放的能量與我們銀河系中所有恒星在一年內(nèi)釋放的能量相當(dāng) 。它們可以在超過十億光年之外被探測(cè)到。合并的中子星也會(huì)產(chǎn)生引力波，時(shí)空漣漪可以被越來越多的地面天文臺(tái)探測(cè)到。
對(duì)這些合并的計(jì)算機(jī)模擬表明，隨著中子星的合并，引力波的頻率突然跳躍 - 超過1000赫茲。這些信號(hào)太快太暗，現(xiàn)有的引力波天文臺(tái)無法探測(cè)到。但Chirenti和她的團(tuán)隊(duì)推斷，類似的信號(hào)可能出現(xiàn)在短伽馬射線的伽馬射線發(fā)射中。
天文學(xué)家稱這些信號(hào)為準(zhǔn)周期振蕩，簡(jiǎn)稱QPO 。與音叉的穩(wěn)定振鈴不同，QPO可以由幾個(gè)隨時(shí)間變化或耗散的緊密頻率組成。伽馬射線和引力波QPO都起源于兩顆中子星合并時(shí)的漩渦物質(zhì) 。
雖然在斯威夫特和費(fèi)米暴中沒有伽馬射線QPO實(shí)現(xiàn) ，但康普頓的爆發(fā)和瞬態(tài)源實(shí)驗(yàn)（BATSE）在1991年7月11日和1993年11月1日記錄的兩個(gè)短伽馬射線暴符合要求。
BATSE儀器的較大區(qū)域使其在發(fā)現(xiàn)這些微弱的模式方面占了上風(fēng) - 揭示了巨型中子星存在的明顯閃爍。該團(tuán)隊(duì)將這些信號(hào)偶然發(fā)生的綜合幾率評(píng)估為不到1/3百萬。
“這些結(jié)果非常重要，因?yàn)樗鼈優(yōu)橐Σㄌ煳呐_(tái)未來測(cè)量超大質(zhì)量中子星奠定了基礎(chǔ)，”華盛頓喬治華盛頓大學(xué)物理系主任Chryssa Kouveliotou說，他沒有參與這項(xiàng)工作。
到2030年代，引力波探測(cè)器將對(duì)千赫茲頻率敏感，為超大中子星的短暫壽命提供新的見解。在此之前，靈敏的伽馬射線觀測(cè)和計(jì)算機(jī)模擬仍然是探索它們的唯一可用工具。
康普頓的BATSE儀器是在阿拉巴馬州亨茨維爾的美國(guó)宇航局馬歇爾太空飛行中心開發(fā)的，它提供了第一個(gè)令人信服的證據(jù)，證明伽馬射線暴發(fā)生在我們銀河系之外的地方。在運(yùn)行了近九年后，康普頓伽馬射線天文臺(tái)于2000年6月4日脫離軌道，并在進(jìn)入地球大氣層時(shí)被摧毀。
戈達(dá)德管理著斯威夫特和費(fèi)米任務(wù) 。