天文学家通过分析引力波揭开中子星合并的热能秘密

天文学家通过分析引力波揭开中子星合并的热能秘密当两颗中子星相互绕行时，它们会在时空中释放出称为引力波的涟漪。这些涟漪会消耗轨道的能量，直到两颗恒星最终相撞并合并成一个天体。科学家们利用超级计算机模拟探索了不同核物质模型的行为如何影响这些合并后释放的引力波。他们发现，残余物的温度与这些引力波的频率之间存在很强的相关性。下一代探测器将能够区分这些模型。中子星合并后约5毫秒，从上往下看，两种不同模拟中子星合并（上、下）的密度（右）和温度（左）对比图。资料来源：宾夕法尼亚州立大学雅各布-菲尔兹（JacobFields）。科学家利用中子星作为实验室，在地球上无法探测的条件下研究核物质。他们利用目前的引力波探测器来观测中子星合并，了解超密集冷物质的行为方式。然而，这些探测器无法测量恒星合并后的信号。这个信号包含了热核物质的信息。未来的探测器将对这些信号更加敏感。由于它们还能区分不同的模型，这项研究的结果表明，未来的探测器将帮助科学家们建立更好的热核物质模型。这项研究使用THC_M1对中子星合并进行了研究。THC_M1是一种模拟中子星合并的计算机代码，它考虑到了恒星强大引力场造成的时空弯曲以及致密物质中的中微子过程。研究人员通过改变状态方程中的比热容来测试热效应对合并的影响，比热容用于测量中子星物质温度上升一度所需的能量。为了确保结果的稳健性，研究人员以两种分辨率进行了模拟。他们用更近似的中微子处理方法重复了更高分辨率的运行。参考文献《双中子星合并中的热效应》，作者：JacobFields、AviralPrakash、MatteoBreschi、DavidRadice、SebastianoBernuzzi和AndrédaSilvaSchneider，2023年7月31日，《天体物理学杂志通讯》。DOI:10.3847/2041-8213/ace5b2《低三动量传递时中子-碳相互作用中核效应的识别》，2016年2月17日前，《物理评论快报》。DOI:10.1103/PhysRevLett.116.071802这项工作使用了宾夕法尼亚州立大学国家能源研究科学计算中心、匹兹堡超级计算中心和计算与数据科学研究所提供的计算资源。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404551.htm

天文学家发现存在仅几毫秒的巨型中子星

天文学家发现存在仅几毫秒的巨型中子星这个物体是什么取决于总质量。一颗中子星的最大质量刚刚超过两个太阳，然后它就会在自身的引力下坍塌，形成一个黑洞--所以如果两颗中子星的总质量低于这个极限，它们就会形成一颗新的中子星。如果质量更高，则碰撞将产生一个黑洞。在新的研究中，天文学家检测到两颗中子星之间的合并导致了黑洞。然而，他们还发现了一个耐人寻味的中间阶段的信号--只存在短短几毫秒的超重中子星。根据对中子星合并的计算机模拟，如果形成了超重中子星，在事件中抛出的引力波中出现一种被称为准周期振荡（QPO）的特定模式。虽然目前的观测站还没有敏感到可以在引力波中探测到这些，但新研究的团队确定，它们的指纹也会在伽马射线中显示出来。为了测试这个想法，天文学家们扫描了三个天文台在过去几十年中捕获的700个短伽马射线暴（GRB）的档案数据。果然，伽马射线QPOs出现在康普顿伽马射线天文台捕获的两个事件中--一个发生在1991年7月，另一个发生在1993年11月。研究小组计算出，被探测到的超重中子星的质量超过太阳的2.5倍，并且在坍缩成黑洞之前将持续不超过300毫秒的时间。它们的旋转速度也会非常快--如果它们持续那么久的话，几乎是每分钟78000转。相比之下，旋转速度最快的脉冲星的时钟低于43000转。该团队表示，未来的引力波探测器应该变得足够敏感，可以直接发现超重中子星的特征，这可能有助于提供关于这些超短命物体的新信息。该研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338723.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338723.htm

不是黑洞：天文学家可能需要重新思考伽玛射线暴是如何形成的

不是黑洞：天文学家可能需要重新思考伽玛射线暴是如何形成的一种叫做短时GRB的GRB是在两颗中子星碰撞时产生的。这些超密集的恒星其质量相当于我们的太阳，被压缩到比一个城市还要小，在其最后时刻触发GRB之前，在时空中产生称为引力波的涟漪。到目前为止，空间科学家们基本上同意为这种高能和短暂的爆发提供动力的"引擎"必须总是来自一个新形成的黑洞。然而，由英国巴斯大学的NuriaJordana-Mitjans博士领导的一个国际天体物理学家团队的新研究正在挑战这一科学正统观念。根据该研究的发现，一些短时的GRB是由超大质量星（又称中子星残余物）的诞生引发的，而不是黑洞。Jordana-Mitjans博士说。"这样的发现很重要，因为它们证实了新生的中子星可以为一些短时间的GRB提供动力，以及伴随着它们被探测到的跨电磁波谱的明亮发射。这一发现可能为定位中子星合并提供了一种新的方法，从而在我们搜索天空中的信号时找到引力波发射器。"相互竞争的理论关于短时的GRB，人们知道的很多。它们的生命开始于两颗中子星，它们一直在螺旋式地接近，不断地加速，最后碰撞。而从坠毁地点，一个喷射性的爆炸释放出伽马射线辐射，从而形成GRB，随后是一个较长的余辉。一天后，在爆炸过程中向四面八方排出的放射性物质产生了研究人员所说的千新星。然而，在两颗中子星相撞后究竟剩下什么？是碰撞的"产物"-并因此成为赋予GRB非凡能量的动力源，一直是一个争论不休的问题。由于巴斯领导的研究发现，科学家们现在可能更接近于解决这一争论。空间科学家们在两种理论之间存在分歧。第一种理论认为，中子星合并后短暂地形成了一颗质量极大的中子星，只是这颗星随后在几分之一秒内坍缩成一个黑洞。第二种理论认为，两颗中子星会形成一颗不那么重的中子星，其寿命更长。因此，几十年来一直困扰着天体物理学家的问题是：短时的GRB是由黑洞驱动还是由长寿命的中子星诞生驱动？迄今为止，大多数天体物理学家都支持黑洞理论，认为要产生GRB，就必须让大质量的中子星几乎瞬间坍缩。电磁信号天体物理学家通过测量产生的GRB的电磁信号来了解中子星碰撞的情况。源自黑洞的信号预计会与来自中子星残余物的信号不同。在这项研究中探索的GRB（被命名为GRB180618A）的电磁信号使Jordana-Mitjans博士和她的合作者清楚地认识到，一定是中子星残余物而不是黑洞引起了这个爆发。Jordana-Mitjans博士在阐述时说："我们的观测首次突出了来自一颗幸存的中子星的多个信号，这颗中子星在最初的中子星双星死亡后至少生存了一天。"研究报告的共同作者、巴斯大学银河系外天文学教授CaroleMunDELL教授说，她在巴斯大学担任银河系外天文学的HirokoSherwin客座教授。"我们很高兴能捕捉到这个短伽马射线暴的早期光学光线--如果不使用机器人望远镜，这在很大程度上还是不可能做到的。但是当我们分析我们的数据时，惊讶地发现我们无法用GRB的标准快速坍缩黑洞模型来解释它。我们的发现为即将到来的用鲁宾天文台LSST等望远镜进行的天空调查带来了新的希望，用这些望远镜可能会发现数十万颗这样的长寿命中子星在坍缩成为黑洞之前发出的信号。"消失的余辉最初让研究人员感到困惑的是，GRB180618A之后的余辉的光学光线在短短35分钟后就消失了。进一步的分析表明，由于某种持续的能量来源从后面推动它，导致负责如此短暂发射的物质正在以接近光速的速度膨胀。"我们的发现为即将到来的用鲁宾天文台LSST等望远镜进行的天空调查带来了新的希望，用这些望远镜我们可能会发现数十万颗这样的长寿命中子星在坍缩成为黑洞之前发出的信号。"更令人惊讶的是，这种发射有一个新生的、快速旋转的和高度磁化的中子星的印记，称为毫秒级磁星。研究小组发现，GRB180618A之后的磁星在放慢速度的同时，正在重新加热撞击后的剩余物质。在GRB180618A中，磁星驱动的光学发射比经典千新星的预期亮度要高一千倍。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338209.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338209.htm

天文学家在古星系中心检测到长伽马射线爆发

天文学家在古星系中心检测到长伽马射线爆发一个国际天文学家小组在一个古老的星系中发现了一次长伽马射线爆发，这可能是由两颗独立的中子星合并引起的，这挑战了对此类爆发原因的传统理解。该团队使用多台望远镜分析了2019年的爆发，尽管考虑了其他潜在原因，但他们希望未来的观测能够澄清该现象的起源。过去普遍的共识是，只有当一颗非常重的恒星在其生命末期塌缩成超新星时，才会发生至少几秒钟的长伽马射线爆发。2022年，当两颗一生都互相绕转的大恒星最终变成中子星并碰撞成千新星时，发现了长伽马射线爆发的第二个潜在触发因素。现在到了2023年，长伽马射线暴似乎可以以第三种方式发生。“我们的数据表明，这是两颗独立的中子星合并的情况。因此，中子星并不是一生都在一起的。”首席研究员安德鲁·莱文（拉德堡德大学）说道。“我们怀疑中子星是被银河系中心许多周围恒星的引力推到一起的。”研究小组研究了尼尔·盖尔斯·斯威夫特天文台于2019年10月19日观测到的伽马射线爆发的后果。他们使用智利的双子座南望远镜、加那利拉帕尔马岛的北欧光学望远镜和哈勃太空望远镜。他们的观察表明，爆发是在一个古老星系中心附近引起的。这提供了两个指向两个来源合并的论据。第一个论点是，古代星系中几乎不存在可以塌缩成超新星的重恒星，因为重恒星通常出现在年轻星系中。此外，超新星会发出明亮的可见光，这在本例中没有被观察到。第二个论点是星系中心是繁忙的地方。有数十万颗普通恒星、白矮星、中子星、黑洞和尘埃云都围绕着超大质量黑洞运行。总共代表了超过1000万颗恒星和天体挤在几光年宽的空间中。“这个区域相当于我们的太阳和下一颗恒星之间的距离，”莱文解释道。“因此，在星系中心发生碰撞的可能性比我们所在的郊区高得多。”研究人员仍在为其他解释留下空间。长时间的伽马射线爆发也可能是由于中子星以外的致密天体（例如黑洞或白矮星）的碰撞造成的。未来，研究人员希望能够在引力波的同时观测长伽马射线爆发。这将帮助他们对辐射的来源做出更明确的陈述。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370397.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370397.htm

天文学家在银河系外首次发现环状星盘

天文学家在银河系外首次发现环状星盘天文学家在大麦哲伦星云中发现了围绕一颗正在形成的高质恒星的旋转盘，这是距离最遥远的一次观测。这一发现是利用ALMA天文台完成的，详细情况刊登在《自然》杂志上，它揭示了不同星系在恒星形成过程中的关键差异，突出显示了大麦哲伦云的尘埃和金属含量低于银河系。图片来源：ESO/L.卡尔卡达这个圆盘围绕着一颗年轻的大质量恒星，该恒星位于一个名为N180的恒星育婴室中，该育婴室位于邻近的一个名为大麦哲伦云的矮星系中。这个圆盘距离地球16.3万光年，是迄今为止直接探测到的围绕大质量恒星的最遥远圆盘。这幅艺术家印象图展示的是HH1177系统，它位于大麦哲伦星云中，是我们银河系的邻近星系。中心发光的年轻而巨大的恒星天体正在从尘土飞扬的圆盘中收集物质，同时以强大的喷流排出物质。图片来源：ESO/M.科恩梅瑟利用ALMA进行突破性观测研究人员利用欧洲南方天文台（ESO）的合作伙伴--位于智利的阿塔卡马大毫米波/亚毫米波阵列（ALMA），观测到大麦哲伦星云中一个年轻恒星天体周围的气体运动与开普勒吸积圆盘相一致--这种吸积圆盘通过注入物质促进恒星的生长。该研究小组由杜伦大学（DurhamUniversity）领导，包括英国天文技术中心（UKAstronomyTechnologyCentre）的天文学家，研究结果发表在《自然》（Nature）杂志上。当物质被拉向一颗正在成长的恒星时，它不能直接落在恒星上，而是会扁平地形成一个围绕恒星旋转的圆盘。在靠近恒星中心的地方，圆盘的旋转速度更快，这种速度上的差异就是向天文学家展示吸积盘存在的"烟枪"。利用欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）和阿塔卡马大毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）（ESO是该阵列的合作伙伴）的综合能力，我们观测到了另一个星系中一颗年轻大质量恒星周围的圆盘。左图是VLT上的多单元光谱探测器（MUSE）的观测结果，显示了母云LHA120-N180B，在该云中首次观测到了这个被命名为HH1177的系统。中间的图像显示了伴随它的喷流。喷流的上半部分略微朝向我们，因此产生了蓝移；下半部分从我们身边退去，因此产生了红移。随后，ALMA的观测结果（右图）显示了恒星周围的旋转圆盘，同样地，圆盘的两侧也在向我们移动和远离我们。资料来源：ESO/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/A.McLeodetal.这项研究的主要作者、来自杜伦大学河外天文中心的AnnaMcLeod博士说："当我第一次在ALMA数据中看到旋转结构的证据时，我简直不敢相信我们探测到了第一个河外吸积盘；这是一个特殊的时刻。我们知道圆盘对于银河系中恒星和行星的形成至关重要，而在这里，我们第一次在另一个星系中看到了这方面的直接证据。我们正处在一个天文设施技术飞速发展的时代。能够在如此遥远的距离和不同的星系中研究恒星是如何形成的，实在令人兴奋。"这张马赛克照片的中心是年轻恒星系统HH1177的真实图像，它位于大麦哲伦云中，是银河系的邻近星系。该图像由欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）上的多单元光谱探测器（MUSE）获得，显示了从该恒星喷射出的喷流。随后，研究人员使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）（ESO是该阵列的合作伙伴）找到了这颗年轻恒星周围有一个圆盘的证据。右图为该系统的艺术家印象图，展示了喷流和圆盘。资料来源：ESO/A.McLeodetal./M.Kornmesser发现的特征和影响与太阳这样的低质量恒星相比，大质量恒星的形成速度要快得多，寿命也短得多。在我们的银河系中，这些大质量恒星是出了名的难以观测，在它们周围形成一个星盘时，它们往往会被尘埃物质遮挡住。与银河系中类似的周星盘不同，这个系统在光学上是可见的，这可能是由于其周围环境中的尘埃和金属含量较低。这让天文学家得以窥探通常隐藏在气体和尘埃背后的吸积动态。对圆盘的分析表明，在距离中心恒星较大的距离上，内部开普勒区域正在向内陷物质过渡。据估计，这颗恒星的质量大约是太阳的15倍。虽然银河系圆盘具有许多我们熟悉的特征，但也出现了一些耐人寻味的差异。LMC典型的低金属含量似乎使这个圆盘在碎裂时更加稳定。对这个河外星系周星盘的成功探测，为利用ALMA和即将发射的下一代甚大阵列（ngVLA）发现更多此类系统提供了更广阔的前景。研究不同星系环境中恒星和星盘的形成，将有助于完成我们对恒星起源的理解。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400997.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400997.htm

MIT天文学家绘制了遥远的中子星系统中的"盘状风"示意图

MIT天文学家绘制了遥远的中子星系统中的"盘状风"示意图这项新的绘图技术可以通过研究一系列天体中的风的特性，帮助确定盘状风如何影响恒星系统和星系的形成和演变。这一发现揭示了黑洞和中子星是如何影响宇宙的。吸积盘是一个巨大的气体和尘埃漩涡，它像棉花糖一样聚集在黑洞或中子星周围，它从附近的恒星吸入物质。随着圆盘的旋转，它刮起了强大的风，推拉着不断旋转的等离子体。这些巨大的外流可以通过加热和吹走黑洞周围的气体和尘埃来影响黑洞的环境。在巨大的尺度上，"盘风"可以为超大质量黑洞如何塑造整个星系提供线索。天文学家已经在许多系统中观察到盘风的迹象，包括吸积黑洞和中子星。但是到目前为止，他们只瞥见过这种现象的一个非常狭窄的视角。现在，麻省理工学院的天文学家们在HerculesX-1中观察到了更广泛的风的范围，在这个系统中，一颗中子星正在从一颗类似太阳的恒星中吸取物质。这颗中子星的吸积盘是独特的，因为它在旋转的时候会摆动，或者说"前倾"。通过利用这种摆动，天文学家们捕捉到了旋转盘的不同视角，并首次创建了其风的二维地图。新地图揭示了风的垂直形状和结构，以及它的速度--大约每秒数百公里，或每小时约一百万英里，这是在吸积盘能够旋转起来的较温和的一端。如果天文学家能够在未来发现更多的摇摆系统，该团队的绘图技术可以帮助确定盘风如何影响恒星系统的形成和演变，甚至是整个星系。麻省理工学院Kavli天体物理学和空间研究所的博士后PeterKosec说："在未来，我们可以绘制一系列天体的盘风，并确定风的属性如何变化，例如，随着黑洞的质量，或随着它吸积的物质的多少。这将有助于确定黑洞和中子星如何影响我们的宇宙。"Kosec是2023年4月10日发表在《自然-天文学》杂志上的一项研究的主要作者，他在麻省理工学院的合作者包括艾琳-卡拉、丹尼尔-罗甘蒂尼和克劳德-卡尼萨雷斯，以及来自多个机构的合作者，包括英国剑桥的天文学研究所。固定视线盘状风最常在X射线双星中被观察到--在这些系统中，一个黑洞或中子星从一个密度较低的天体中拉出物质，并产生一个白热的吸气物质盘，同时还有流出的风。确切地说，风是如何从这些系统中发射出来的还不清楚。一些理论认为，磁场可以撕碎圆盘，并将一些物质作为风向外排出。其他人则认为，中子星的辐射可以加热和蒸发盘的表面，形成白热化的阵风。关于风的起源的线索可以从它的结构中推断出来，但是盘状风的形状和范围一直很难解决。大多数双星产生的吸积盘在形状上是相对均匀的，就像在一个平面上旋转的薄薄的气体甜甜圈。从远处的卫星或望远镜研究这些盘的天文学家只能在一个固定的、狭窄的范围内，相对于其旋转的盘，观察到盘风的影响。因此，天文学家设法探测到的任何风都是其较大结构的一小部分。"我们只能在一个点上探测风的特性，而对这个点周围的一切完全视而不见，"Kosec指出。2020年，他和他的同事们意识到，一个双星系统可以为盘状风提供一个更广泛的视角。HerculesX-1因其扭曲的吸积盘而从大多数已知的X射线双星中脱颖而出，该吸积盘在围绕该系统的中央中子星旋转时摇摆不定。吸积盘每35天摆动一次，风从吸积盘的某个地方发出，随着时间的推移在吸积盘上方的不同高度穿过我们的视线。这是这个系统的一个非常独特的属性，它使天文学家们能够更好地了解它的垂直风特性。扭曲的摇摆在新的研究中，研究人员使用两台X射线望远镜--欧洲航天局的XMM牛顿和美国宇航局的钱德拉天文台--来观察HerculesX-1。"我们测量的是X射线光谱，这意味着到达我们探测器的X射线光子的数量，与它们的能量。我们测量吸收线，或在非常具体的能量下缺乏X射线光，"Kosec说。"从不同线条的强弱比例来看，我们可以确定温度、速度和盘风中的等离子体数量。"通过HerculesX-1的翘曲圆盘，天文学家能够看到圆盘的线条随着它的摆动和旋转而上下移动，类似于从边上看时翘曲的唱片出现摆动的方式。这种效果是这样的，研究人员可以在相对于圆盘的变化高度观察到圆盘风的迹象，而不是在均匀旋转的圆盘上方的单一固定高度。通过测量X射线发射和盘面随时间摆动和旋转时的吸收线，研究人员可以扫描诸如相对于盘面的不同高度的风的温度和密度等属性，并构建一个风的垂直结构的二维地图。"我们看到的是，风从圆盘上升起，与圆盘成大约12度的角度，因为它在空间中膨胀，"Kosec说。"它也变得更冷，更结实，在盘子上方的更高处更弱。"该小组计划将他们的观察结果与各种风的发射机制的理论模拟进行比较，以观察哪种机制能够最好地解释风的起源。在更远的地方，他们希望发现更多扭曲和摇摆的系统，并绘制它们的盘风结构。然后，科学家们可以对盘风有一个更广泛的看法，以及这种外流如何影响其周围环境--特别是在更大的尺度上。"超大质量黑洞如何影响星系的形状和结构？"麻省理工学院1958级物理学职业发展助理教授艾琳-卡拉提出这个问题。"其中一个主要的假设是，从黑洞发射的盘状风会影响星系的外观。现在我们可以更详细地了解这些风是如何被发射的，以及它们看起来是什么样子。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354193.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354193.htm