2019年天文領域大事件回顧


來源:返樸   時間:2020-01-02 12:00:39


撰文 | 王善欽

2019年就要結束了。在過去的一年中,有哪些非常重要甚至刷屏的天文大事?細數一下,其實不少。

這一年,諾貝爾物理學獎又一次花落天文領域:宇宙學大佬皮伯斯因為告訴我們宇宙如何演化而獲得了諾貝爾物理學家獎的一半;系外行星探測的先驅麥耶與奎洛茲因為告訴我們還有一個行星繞著和太陽類似的行星轉而獲得了諾貝爾物理學家獎的另一半。

這一年,射電天文學又下一城,震撼全世界:全球200多個天文學家參與、8臺射電望遠鏡聯合成一個地球那么大的望遠鏡拍攝出的黑洞照片被公布,從此人類看到了神秘的黑洞。

這一年,“嫦娥”繼續飛月,“隼鳥”進龍宮探寶:中國的嫦娥4號成為人類第一個在月球背面軟著陸的探測器并放出了玉兔2號月球車,成為月球上最長命的月球車;日本的隼鳥2號則跑到小行星“龍宮”上采集巖石與泥土,創下多個記錄,然后朝著返回地球的路上奔跑。

這一年,NASA的兩個探測器朝著幾乎相反的兩個方向自由飛:新視野太空船飛掠冥王星之外的冰冷小行星“海角天涯”,帕克太陽探測器則朝著熾熱的太陽繼續進發;

這一年,位于中國西藏的羊八井高能粒子探測器與位于中國河北興隆的郭守敬望遠鏡(LAMOST)分別探測到破紀錄的“怪物”:中日高能物理學家用羊八井探測器探測到破記錄的高能量光子;中外天文學家用郭守敬望遠鏡與Keck望遠鏡、GTC望遠鏡搜尋并確認破紀錄的恒星級黑洞。

這一年,與引力波有關的研究依然炙手可熱,人們在探索重元素產生之謎與致密星并合的現象方面又有新進展:丹麥天文學家在兩顆中子星并合之后的“灰燼”里找到了鍶元素存在的證據;中國團隊發現雙中子星并合后可能形成大質量磁星的證據;引力波探測器LIGO可能發現了黑洞與中子星并合發出的引力波。

紛紛擾擾的2019年,天文學家們、航天專家與物理學家們給我們獻出了一個又一個驚喜。本文梳理以上12大天文有關的進展,以饗讀者。由于選擇標準的差異,有些讀者認為的重要進展這里未列入,在此先說明。

更重要的聲明:除了諾貝爾獎(2項)、黑洞照片(1項)與航天探測有關的項目(4項)外,其他各項大事的順序不代表重要性的大小。

1、皮伯斯獲得2019年度諾貝爾物理學獎

2019年10月8日,瑞典皇家科學院宣布2019年度的諾貝爾物理學獎的一半由84歲高齡的詹姆斯·皮伯斯(James Peebles,1935-)獲得。

皮伯斯獲獎是因為在宇宙學領域的長期、原創性、影響深遠的工作,因此這個獎其實更像是終身成就獎,而不是針對某個特別的成果的獎勵。因為在宇宙學方面的持續推動作用,皮伯斯被譽為現代宇宙學之父。因為眾多突出貢獻,他此前已經拿了10個大大小小的獎,手都拿軟了。諾貝爾獎這次又在他手上塞了塊獎牌。

圖:皮伯斯的照片(Juan Diego Soler)

皮伯斯的工作概括起來就是研究以下方面:宇宙如何演化?宇宙的結構如何形成?宇宙由什么組成?極早期宇宙中的元素如何合成?暗物質的本質是什么?暗能量的本質是什么?對于上述問題,皮伯斯都做出了突出貢獻。

例如,現在宇宙學界公認宇宙大部分由暗能量構成。暗能量是起排斥作用的,會使宇宙加速膨脹。歷史上,愛因斯坦提出的宇宙學常數就具有排斥作用。為了簡單敘述,我們姑且把暗能量等同于宇宙學常數。皮伯斯是最早提出宇宙中大部分成分是宇宙學常數的人,這個理論預測后來在1998年被兩個超新星觀測小組分別驗證,這兩個小組的學術帶頭人后來獲得了2011年的諾貝爾物理學獎。

圖:宇宙演化圖。(NASA/WMAP Science Team - Original version: NASA; modified by Cherkash)

這并不是宇宙學僅有的兩次諾比爾獎。在此之前,彭齊亞斯與威爾遜因為在地面上探測到宇宙微波背景輻射而獲得了1978年的諾貝爾物理學獎,斯穆特與馬瑟因為領導小組用衛星探測了完整的宇宙微波背景輻射而獲得了2006年的諾貝爾獎。微波背景輻射是宇宙大爆炸之后的“余燼”。皮伯斯早年通過計算,認為宇宙中存在微波背景輻射。但赫爾曼與阿爾夫更早預測過,所以這方面皮伯斯不算第一人。

圖:哈勃太空望遠鏡拍到的絕美宇宙(NASA/ESA)

2、麥耶和奎洛茲獲得2019年度諾貝爾物理學獎

2019年物理諾獎的另外一半由米歇爾·麥耶(Michel Mayor,1942-)和迪迪埃·奎洛茲(Didier Queloz,1966-)分享,他們的因為系外行星方面的突破性成果而得獎。系外行星的全稱是“太陽系外的行星”。

圖:奎洛茲(左)與麥耶(右)(L.Weinstein/Ciel et Espace Phot)

長期以來,人們猜測宇宙中的恒星中有相當一部分具有行星,它們就是系外行星。但由于恒星光芒遠超過周圍的行星反射的光,以及探測技術的限制,人們長期以來無法探測到任何系外行星。

1992年,有人首次發現了一顆系外行星。這顆系外行星圍繞一顆中子星公轉,因此不大受重視,說起來也是挺冤的。1995年,麥耶與奎洛茲發現了一顆圍繞著飛馬座51旋轉的系外行星,而飛馬座51的性質類似于太陽,中國古人稱之為“室宿增一”,可見這顆星是可以用肉眼直接看到的。1995年,奎洛茲29歲,還在跟隨麥耶讀博士。總結起來,可以用一句有些拗口的句子描述:麥耶和奎洛茲首次發現圍繞一個類似于太陽的恒星的系外行星。因為這個成果,他們被授予2019年的物理諾獎。

圖:圖中紅圈內部的黑點就是飛馬座51,旁邊所有光點也都是恒星(來源:Wikipedia)

麥耶和奎洛茲與奎洛茲探測系外行星的方法是“視向速度法”。行星環繞恒星運動時,恒星也會被行星拽動,二者共同環繞一個共同的中心運動。恒星的周期性運動會導致其發出的光時而變得更紅、時而變得更藍,交替變化。如果看到一顆恒星發出的光的顏色有這樣的交替變化,就可以判定它帶著行星。根據恒星顏色變化的程度,還可以計算出行星的質量下限。

除了這個方法之外,還有根據恒星亮度周期性微微變暗來確定系外行星的“凌星法”,遮擋恒星之后拍照的“直接成像法”、利用引力透鏡效應進行探測的“微引力透鏡法”,等等。有時候,天文學家使用多個方法交叉檢驗,排除假信號。

過去20多年,系外行星獲得了巨大的進步,成為天文學領域的新貴,“開普勒”望遠鏡共發現了幾千顆系外行星,另外還發現幾千顆等待確認的候選體。麥耶與奎洛茲獲得物理諾獎,對于這個炙手可熱的領域而言,可謂錦上添花。

3、全球多個亞毫米射電望遠鏡臨時構成的EHT獲得首張黑洞照片

理論研究認為,當一個天體的引力大到連自己發出的光都無法逃脫時,這個天體就不可以被任何接收電磁波的儀器看到,它就成為黑洞。盡管米歇爾與拉普拉斯早已根據牛頓力學的計算提出這個概念,但只有愛因斯坦的相對論可以正確描述黑洞的性質。

對黑洞的探測,一直是間接探測。過去幾年來,世界上的8個射電望遠鏡同時對準銀河系中心與M87中心,接收它們發出的電磁波,這個臨時構成的射電望遠鏡陣列被命名為事件視界望遠鏡,縮寫為EHT。這8個望遠鏡都是接受那些波長比1毫米還短一些的波,即亞毫米波。這么多望遠鏡同時觀測同一個目標,等價于一個地球那么大的望遠鏡,分辨率大大提高,因此足以分辨出目標黑洞周圍的細節。共有200多位來自世界各地的天文學家參與了這個項目,其中12位來自中國大陸。

2019年4月10日,EHT公布了它們拍攝到的黑洞照片,轟動了世界。黑洞不是不發光嗎?怎么可以拍出照片?事實上,黑洞自身確實無法發出任何電磁波,這些望遠鏡接收的是它們周圍的熾熱物質發出的電磁波。因此,拍攝的是一個發光區域所圍繞的一個黑暗區域--黑洞。

圖:事件視界望遠鏡(EHT)獲得的黑洞與黑洞周圍發熱物質的照片。圖中顏色并非真實顏色,因為射電輻射是無色的,為了可視化,用顏色來代表射電輻射(ETH)

這就如在雪地里拍攝閉著眼睛的黑貓,黑貓不發光,也不反射光。但雪會反射光。拍出的照片,就是一團黑色被白雪圍繞,我們依然可以說我么拍攝到了黑貓。被周圍發光物質包圍的黑洞,就像雪地里的黑貓。

霍金曾經說,尋找黑洞就像在煤礦里尋找黑貓。現在,EHT小組在雪地里找到了黑貓。眼見為實。我們終于看到了宇宙中的黑洞。

4、中國國家航天局嫦娥4號在月球背面軟著陸

2019年1月3日,中國國家航天局的嫦娥4號在月球背面的馮·卡門撞擊坑軟著陸。大約12小時候,嫦娥4號放出“玉兔2號”月球車。

圖:嫦娥4號(中國航天局)

由于月球的遮擋,月球背面的陸地上無法接收信號,為了建立通信,中國航天局先于2018年5月發射了“鵲橋號”衛星,作為中繼衛星。鵲橋號位于月球背面上空,距離月球6.5萬公里,與月球、地球成一直線,圍繞著地月系統的“外拉格朗日點”運動。

由于月球比地球小得多,位于月球背面上方足夠遠的地方的附近區域可以接收到地球發射的信號。在鵲橋中繼星的協助下,嫦娥4號最終在月球背面成功軟著陸。

擔任月球表面巡查任務的是玉兔二號。它長1.5米,寬約1米,高約1.1米(好大的兔子!),下方六個輪子,旁邊兩個可折疊太陽能電池板,頂部為通訊天線,身上4臺相機。它作息很有規律,太陽照到時工作,太陽沒照到時睡眠。

圖:剛從嫦娥4號登陸器上釋放到月球表面的玉兔2號月球車。

中國科學院的國家天文臺、上海技術物理研究所空間主動光電技術重點實驗室與地球化學研究所的科研人員利用嫦娥4號的光譜儀得到的光譜,斷言月球表面的低鈣輝石和橄欖石礦物可能起源于月球的幔層,相關成果于2019年5月15日發表于《自然》。

至今為止,嫦娥4號與玉兔2號在月球上已經快度過一周年,功能依然正常。這個成就獲得國際上的普遍贊譽。2019年11月25日,英國皇家航空學會將2019年度團隊金獎頒發給嫦娥4號團隊,這是該協會成立153年來首次將此獎頒發給中國團隊。

5、日本航天局隼鳥2號在小行星“龍宮”上采集巖土

地球上挖掘機技術哪家強,這個問題我不用說大家也知道。但如果問小行星上挖掘機技術哪家強,估計大部分人答不上來。答案是:日本的隼鳥2號。在小行星上挖掘泥土的第一步是要先讓挖掘機降落到小行星上面,而這恰恰是非常難的,因為小行星的直徑遠小于地球直徑,對探測器的引力也就非常弱,要想精準投放挖掘機,是很難的。

早在2003年,日本日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)就發射了隼鳥2號的前輩隼鳥號。隼鳥號歷經磨難,于2005年成功降落在小行星25143上。為了致敬日本火箭之父糸川英夫(Itokawa,糸,同“絲”),這顆小行星后來被命名為“糸川”。隼鳥號下方就是一根采樣桿,采樣桿戳到小行星表面,就算登陸成功了。因為采樣桿內部的子彈無法發射出來,隼鳥號只是取到了“糸川”上幾克飛濺的塵土,然后于2010年返回地球,取樣成功。

2014年12月3日,JAXA發射隼鳥2號。經過近4年的飛行,隼鳥2號到達小行星“龍宮”(Ryugu)附近。“龍宮”的直徑只有大約0.9千米,相比之下,地球直徑是1萬多千米,前者不到后者的萬分之一。當然,當年隼鳥號登陸的“糸川”直徑更小,只有大約535米,而且還是彎曲的香蕉形。

圖:隼鳥2號拍下的“龍宮”的外形(JAXA)

2018年10月3日,隼鳥2號向“龍宮”的表面投放了一臺“小行星地表探測車”(MASCOT),2019年2月22日,隼鳥2號登陸“龍宮”(Ryugu),采樣桿接觸到“龍宮”表面后立即發射出直徑8毫米、質量5克、速度300米每秒的鉭子彈,被擊碎的表面巖土碎片飛濺到采樣桿內部,被成功收集,然后隼鳥2號立即升空。整個過程只持續幾秒。

圖:隼鳥2號的藝術想象圖(Go Miyazaki)

為了采集到更深層的巖土,隼鳥2號于2019年4月5日朝“龍宮”表面發射14千克的炸彈,炸彈在半空引爆,9.5千克炸藥爆炸后將炸彈底部2千克的銅板加速并使其變形為幾乎圓球形,使后者成為每秒2千米速度的高速彈丸,撞擊龍宮表面,“龍宮”地下巖土因此噴濺出來,形成十幾米直徑的人造隕石坑。

2019年7月11日,隼鳥2號第二次登陸采集被炸翻出來的巖土,采集了這些深層巖土,并于次日升空。2019年11月13日攜帶著采集的巖土樣本,起飛返回地球,預計于2020年12月回到地球,降落于澳大利亞沙漠地帶。

2019年是隼鳥2號大放異彩的年份,比起飽經磨難的隼鳥號,隼鳥2號的旅程是非常順利的,僅在第一次登陸前有些小麻煩,但很快被處理。隼鳥2號是第一個取出小行星地表下方巖土的探測器,也是第一個在小行星上多次著陸并采集巖土的小行星。研究隼鳥2號采集到的巖土,將有力推動人類對小行星乃至于太陽系的形成與演化的理解。

6、NASA的“新視野”太空船飛掠冥王星外天體“海角天涯”

2019年1月1日,新視野號按照此前預定的時間準時飛掠柯伊伯帶小天體KBO 2014 MU69,這個小天體的昵稱是“海角天涯”,長的像雪人,但也像人參果,比冥王星更遠一些,每295年繞太陽一周。今年冬天,這個天體被正式命名為Arrokoth,意為“天空”。不過,還是“海角天涯”叫起來順口。

圖:新視野太空船拍攝下來的海角天涯的照片,像雪人還是人參果,取決于你喜歡玩還是喜歡吃。(NASA)

新視野號由NASA負責管理,由約翰霍普金斯大學應用物理實驗室與西南研究所聯合制造,它的外形像一個大鋼琴,長、寬、高分別為2.2米、2.1米與2.7米。新視野號的探測目標是冥王星以及比冥王星更遠的其他冰冷天體,這些天體被統稱為柯伊伯帶天體。2015年7月,跋涉9年多的新視野號太空船飛掠冥王星,拍攝了多張冥王星與其最大衛星卡戎的照片。這個成果在當年轟動一時。2019年元旦飛掠“海角天涯”,使新視野時隔三年多后重新返回大眾視野。

圖:“新視野”的藝術想象圖,圖中的大小天體分別是冥王星、冥王星的衛星卡戎(NASA/約翰霍普金斯大學應用物理實驗室/西南研究院/Steve Gribben)

對柯伊伯帶天體的近距離探測,對于我們理解太陽系演化規律,有重要價值。當這個鋼琴一樣美麗的探測器飛掠過“海角天涯”時,它自己就是一個海上鋼琴師。

7、NASA的帕克號獲得日冕與太陽風的一批重要結果

2019年12月5日,《自然》雜志發表了4篇與帕克號太陽探測器探測數據有關的論文,這些論文根據帕克探測到的數據,研究了快太陽風、慢太陽風、日冕粒子環境與光譜線。

圖:帕克號探測器的藝術想象圖。

耗資15億美元的“帕克”2018年8月12日發射成功。這個探測器的主要任務是探索日冕與太陽風的奧秘。日冕因為形狀像帽子而得名,溫度可以達到幾百萬度。太陽在不斷吹出高速帶電粒子,這些粒子被稱為“太陽風”。

61年前,31歲的尤金·帕克提出太陽風的想法,那時基本上沒別人相信他的理論。第二年,太陽風被蘇聯和美國的航天器觀測到。為紀念帕克的巨大貢獻,這個探測器被命名為帕克。這是NASA首次以活著的人來命名的航天器,這得多虧帕克教授高壽,去年探測器發射時他已經91歲了。

圖:在卡納維拉爾角發射位的尤金·帕克。

按照計劃,帕克探測器將用6年時間一邊環繞太陽,一邊靠近太陽。到今年為止,帕克號已經環繞了太陽3圈,最近時距離太陽2400萬公里,這個距離已經短到只有水星與太陽距離的一半了。接下來,帕克號將被進一步變軌,讓自己更靠近太陽。第4次接近太陽時,距離將縮短為1950萬公里。

繞完24圈后,帕克最終到達穩定軌道,帕克與太陽最近時只有大約600萬公里。為了應對高溫,帕克探測器團隊制造出了超級耐高溫的材料:當你用噴槍烤其中一面時,另一人將手放在另外一面卻不會被燙到。

8、中國國家天文臺領銜的團隊發現最大質量恒星級黑洞

宇宙中的黑洞多種多樣。根據質量大小,可以分為超大質量黑洞、中等質量黑洞與恒星級黑洞。當一顆恒星質量過大時,就會在晚期直接收縮為一個黑洞或者先成為中子星再成為黑洞,這就是恒星級黑洞形成的途徑。

最近,中國科學院國家天文臺的劉繼峰研究員與合作者利用6米級巡天望遠鏡郭守敬望遠鏡(英文名為LAMOST)大批量測量恒星光譜,再利用美國夏威夷Keck望遠鏡、西班牙GTC 獲取高分辨率光譜,確認一顆恒星伴隨著一個巨大的恒星級黑洞,質量達到了大約70個太陽質量。由于這個黑洞位于雙星系統內,因此在成為黑洞前是一個恒星,所以這個黑洞也就是一個恒星級黑洞。

圖:郭守敬望遠鏡(LAMOST)外景(LAMOST官網)

這個恒星級黑洞達到了70個太陽質量,這不僅破了此前同類黑洞的質量極限,也挑戰當前的恒星演化理論。根據當前理論,如果一顆恒星的金屬相對含量與太陽差不多,它最后即使成為黑洞,質量也不會超過25個太陽質量。但這個黑洞質量的伴星的金屬相對含量卻又與太陽幾乎一樣,這意味著它在死亡之前,金屬相對含量也與太陽差不多。這就挑戰了恒星演化理論。

圖:70個太陽質量那么重的黑洞及其伴星的藝術想象圖(上);被探測到的黑洞在銀河系中的位置示意圖(中)(Belczynski等人,2019,arXiv:1911.12357)。

這個成果還將大大提高人們搜尋銀河系內恒星級黑洞的效率。至今為止,銀河系內被被確認的恒星級黑洞大約為100顆,而LAMOST團隊只需要幾年時間就可以再發現100個以上恒星級黑洞。

9、中日合作項目探測到超高能光子,能量達到水滴的動能那么大

在著名的梅西耶星表中,第一個就是M1,它就是蟹狀星云。蟹狀星云是超新星遺跡,而且中心有一顆中子星。中子星不斷不斷發射能量,將大量能量傾卸到蟹狀星云中,照亮了蟹狀星云。在過去一些年,國際上多個小組探測到蟹狀星云方向傳播過來的高能量光子,最高能量記錄是75TeV (1TeV = 1萬億電子伏)。

圖:哈勃太空望遠鏡拍攝的蟹狀星云,此圖由不同時期拍攝的不同區域的圖拼接而成(NASA)

2019年,中日合作的西藏羊八井ASgamma實驗小組宣布,探測到24個能量超過100萬億電子伏(100TeV)的超高能光子,其中能量最高的達到了450萬億電子伏(450TeV)。這24個光子都破了此前探測到的光子的最高能量記錄(75TeV),最高能的那個達到此前記錄6倍。相關成果于2019年8月發表于物理領域頂尖期刊《物理評論快報》。

這些來自蟹狀星云的光子的能量達到了可見光的光子的百萬億倍。1滴水大約0.04克,這些光子中能量最高的光子的能量相當于一滴水從手上18厘米高處滴到手上的動能。一個微觀的粒子具有了宏觀尺度的能量。這么高的能量是怎么來的?

理論研究認為,蟹狀星云內部的強烈沖擊波,將電子加速到極端高速,這些高速高能的電子撞擊周圍的微波背景輻射光子,將后者加速為極端高能光子。這就是這些極端高能光子的最可能起源。

10、丹麥團隊在中子星并合后的“灰燼”中確認鍶元素

理論研究認為,中子星與中子星并合或者黑洞與中子星并合后,甩出的一些高速運動的中子星碎片會迅速解壓,并形成大量重元素,其中就包括這些年經常在媒體上被提及到的稀土元素、核電站需要的鈾、以及金銀等貴重金屬。

圖:中子星碰撞的藝術想象圖(NASA/Dana Berry)

理論還認為,中子星碎片里產生的眾多重元素中具有放射性的元素會通過裂變、衰變等過程釋放出巨大能量,將碎片自身加熱,使其發出強烈光芒,類似于超新星爆發。這樣的現象被稱為“千新星”。千新星就像這類并合事件之后的灰燼。

圖:中子星碰撞后的碎片產生的千新星的藝術想象圖(NASA"s Goddard Space Flight Center and CI Lab)

人類第一次明確探測到千新星,是在2017年。那一年的8月17日,引力波探測器LIGO探測到一對中子星并合后發出的引力波。僅過了大約11小時,地面上的幾臺望遠鏡就探測到中子星并合后的碎片形成的千新星,首次證實了千新星的理論。這顆千新星被命名為SSS17a或AT2017gfo。伽瑪射線衛星、X射線衛星、射電望遠鏡分別探測到這對中子星并合發出的伽瑪射線、X射線、與射電輻射。

2019年10月24日,丹麥哥本哈根大學的Darach Watson領銜的一個小組在《自然》發表論文,論文宣布:他們利用光譜分析方法分析了千新星AT2017gfo的光譜,從中確認出鍶元素。他們所用的光譜是歐洲南方天文臺(ESO)的8.2米口徑的甚大望遠鏡(VLT)上的光譜儀(X-shooter)獲得的。

這是首次在千新星內部發現具體的元素,因此這個成果對于我們理解宇宙中重元素的形成機制有重要推動作用。此前人們已經確認了氫元素、中等質量元素的起源;但大部分重元素的起源這個問題,一直懸而未決。

首次在千新星中探測到一種具體的元素,意味著人們終于可以確定:千新星的確會合成重元素。雖然人們預言千新星中還富含黃金白銀等元素,但事實上到現在還未確認出來,反倒是看似默默無聞的鍶被首先確認出來了。

鍶與我們的生活并不遙遠,人體任何器官都含有鍶,特別是骨骼與牙齒,我們經常喝的礦泉水中就有鍶元素,如果人體內缺乏足夠的鍶,就會引發骨質有關的疾病。金銀是身外之物,哪有鍶重要?

11、中國科學家發現雙中子星并合后形成大質量中子星的可能證據

2019年4月11日,中國科學技術大學天文系薛永泉教授領銜的一項研究發表于《自然》,這項研究首次發現雙中子星并合形成磁星的證據。薛永泉教授為論文第一作者兼通訊作者,其研究生鄭學琛與美國內華達大學張冰教授為共同通訊作者,紫金山天文臺吳雪峰研究員與當時在北京大學的李曄為論文主要作者。

這項研究用到了NASA耗資30多億美元的錢德拉X射線天文臺。薛永泉教授長期使用錢德拉望遠鏡進行X射線天文學的研究,被錢德拉官網認定為錢德拉深場項目的重要參與者。

這次,薛永泉教授團隊在其申請到的700萬秒錢德拉南天深場(7Ms CDF-S)拍下的圖像中發現了一個持續了大約7小時的特殊X射線爆發,它被命名為CDF-SXT2,簡稱XT2。根據計算,這個源距離地球大約66億光年。

根據這個X射線源的演化特征、其在星系中的位置以及對此類時間爆發率的計算,研究小組認為這些輻射很可能原子大質量磁星的輻射,而這個大質量磁星來自兩個中子星并合。

圖:薛永泉教授團隊探測到的X射線的亮度演化數據與理論上的解釋(左);探測到的X射線在其星系中的位置。

磁星也是中子星,但其磁場遠超過普通的中子星。這個結果表明:有一部分中子星在并合之后依然會是中子星,只是質量會比并合之前大。

此前,南京大學天文學院戴子高教授于2006年在理論上預測了這種可能性。XT2的發現證實了這個可能性。這個結果可以限制中子星的一些重要性質。

圖:磁星SGR 1900+14 (圖中心)以及周圍7光年跨度的環狀結構。前者由X射線望遠鏡成像,后者是紅外望遠鏡成像。X射線與紅外線都沒有顏色,圖中只是用顏色表示,屬于“偽色”成像。(NASA/JPL-Caltech)

12、美國引力波探測器LIGO首次發現可能的中子星與黑洞并合事件

由加州理工學院與麻省理工學院主導、多個國家與地區科學家參與的“激光引力波天文臺”(LIGO)在過去幾年大放異彩。2015年9月14日,LIGO探測到兩個黑洞并合所發出的引力波,這是人類首次直接探測到引力波。LIGO小組的三位還在世的領袖人物因此獲得了2016年的諾貝爾物理學獎。2017年8月17日,LIGO探測到兩顆中子星并合所發出的引力波。一個很自然的期望就是:探測到中子星與黑洞并合的引力波。

2019年8月14日,LIGO探測到疑似的中子星與黑洞并合的引力波。盡管很多媒體宣布LIGO已經探測到中子星與黑洞并合的引力波,但事實上并沒有這么確定。根據這次探測,LIGO組推斷出這是一個質量超過5個太陽與一個質量低于3個太陽的天體的并合。根據分析,這次引力波事件有99%以上的概率是中子星與黑洞并合事件。

圖:黑洞與中子星構成的雙星的藝術想象圖(Carl Knox/OzGrav ARC Centre of Excellence)

為什么不能百分之百確定那是一顆中子星與黑洞并合的事件呢?這是因為:質量超過5個太陽的致密天體顯然是一個黑洞,但質量低于3個太陽的天體卻未必是中子星。中子星的極限質量至今還未被確定,可能在3個太陽質量左右。一個天體在3個太陽質量以下,也有可能是黑洞,所以這次并合事件依然有可能是雙黑洞并合。因此,這次疑似的中子星與黑洞并合事件沒有掀起大風浪。不過,既然有這么大的概率,還是值得一提的。

結 語

2019年過去了,我很懷念它。

文章作者

王善欽,2018年于南京大學獲得天文學博士學位,2016年至2018年訪問加州大學伯克利分校天文系。主要研究超新星、千新星等爆發現象,至今為止在ApJ, MNRAS上發表15篇Sci論文。業余也研究天文學史與物理學史。

本文經授權轉載自微信公眾號“蔻享學術”。

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