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在距离地球20万光年的超新星遗迹E0102内，存在着一颗密度极大的中子星。而观察这些恒星爆炸的天文学家们在比E0102远1000倍的星系CGCG 137-068中，可能观测了一颗中子星或者一个黑洞的诞生。供图：(NASA/CXC/ESO/F.VOGT ET AL); 光学 (ESO/VLT/MUSE & NASA/STSCI)
撰文：MICHAEL GRESHKO
2亿年前，当恐龙在远古的地球上驰骋时，一颗巨大的恒星开始死亡前的挣扎。这场宇宙爆炸非同寻常，去年6月，它的光芒抵达了地球，科学家们却挠头不已。
现在，这束神秘光芒的来源可能已经查清。一个由45名天文学家组成的团队，利用对这颗奇特超新星（昵称“奶牛”）的最新观测结果，推测出人类可能第一次捕捉到了一颗垂死恒星诞生出黑洞的那一刻。
“这是我们等待了多年的目标。”该团队的负责人、美国西北大学的天体物理学家Raffaella Margutti说道。她和同事们上周在西雅图举行的美国天文学会年会上报告了研究结果，并将于近期发表在《Astrophysical Journal》上。
该团队的数据包含多个波长的光线数据，也可能证明一颗巨大的恒星坍缩成了一颗中子星，而其他团队研究“奶牛”后，对其异常行为提出了其它解释。那么，关于“奶牛”，我们都知道些什么？为什么天文学家们难以描述它？请继续往下看。
“奶牛”在哪里？为什么给它取这个名字？
在距离地球大约2亿光年的地方，有一个矮螺旋星系CGCG 137-068。“奶牛”就爆炸于它的外围。我们之所以将其称作“奶牛（Cow）”，是因为它正式的、自动生成的名称是AT2018cow。2018年6月16日，一组天文学家使用夏威夷的ATLAS望远镜看到了它，并在6月17日将其标记给其他天文学家，引发了许多望远镜竞相观测。
2018年8月17日，凯克天文台（W.M. Keck Observatory）的DEIMOS设备拍摄到了超新星AT2018cow及其宿主星系。供图：R. MARGUTTI/W.M.KECK OBSERVATORY
“奶牛”的特别之处在哪里？
“奶牛”并非科学家首次发现的此类闪光，但它是人类探测到的最近的一个，因此，研究者们有了前所未有的机会来仔细观察它。它确实非常明亮、非常快。在“奶牛”的极值时，它的X射线亮度比一般的恒星爆炸（超新星）强10倍。“奶牛”的亮度达到巅峰只用了几天时间，而一般的超新星则需要几个星期。
此外，“奶牛”的能量来源并未立即显现。一般情况下，超新星爆炸的能量来自于其内部的放射性物质镍-56。但当天文学家计算“奶牛”抛射出的碎屑物质总量时，他们发现，总量低得惊人，可能仅相当于我们太阳质量的十分之一。这一点很怪异，因为一般而言，超新星喷射出的碎屑总量相当于十个太阳。
即便“奶牛”的碎屑全都是镍-56，那么，也不会有足够的能量支撑起科学家所观测到的那种爆炸。不仅如此，天文学家们还意外地发现，碎屑物质中含有氢和氦。之所以说意外，是因为爆炸变成超新星的恒星，应该早已经把这两种元素耗尽才对。
“奶牛”的辐射方式也很与众不同。比如，Margutti的团队请求把NASA的核光谱望远镜阵列（NuSTAR）指向该天体。观测数据显示，“奶牛”出现后一星期多一点，它的高能X射线竟然意外地变得明亮得多。“我们接收到这些数据的第一反应是：我们可能把什么东西搞错了。”Margutti说道。
我们知道“奶牛”是谁造成的吗？
目前的共识是，“奶牛”的中心有一个致密的“中心引擎”，向外散发着高能X射线。无论这个物体是什么，它周围都笼罩着某种爆炸后散射出来的物质所构成的非对称性物质团。
该研究论文的合著者、美国哥伦比亚大学的物理学家Brian Metzger说：“有个笑话说，我们物理学家们总是把很多东西模拟成球体的奶牛，显然，这头‘奶牛’是个非球体。很难把这解释成一个球体事件，因为，如果X射线的源头也在为光学辐射供能，那么，这些X射线又是怎么抵达我们地球的呢？”
Margutti团队建立的模型中，相对于该物体赤道附近的云，从物体两极飞出的碎屑运动得较快，因而，两极上方变得通透的速度也更快。赤道附近的云会吸收物体发出的高能X射线，并因此升温，然后产生“奶牛”的可见光。但是，也有一些高能X射线会从“奶牛”较为通透的两极漏出。
同时，“奶牛”的射电信号显示，这头“牛”简直是横冲直撞。“奶牛”爆炸时，某些碎屑向外飞散的速度高达每秒钟约29000千米，约相当于光速的十分之一。这些物质中最快的那些，似乎冲进了“奶牛”周围的一团稠密粒子雾，后者因而升温，并因此产生射电信号。
那么，“奶牛”的中心发动机是什么？
Margutti的团队认为，可能存在两种情况。“奶牛”可能是一颗高度磁化的中子星，每秒钟大约自转1000次。另外一种可能性是，当一颗又大又热的蓝超巨星爆炸失败，变成一个黑洞时，“奶牛”才出现。
在后一种情况下，恒星内部的大部分物质发生坍缩，形成黑洞，但是恒星最外面的一层在最开始还并没有反应过来。当内部的黑洞加速变大时，恒星的部分质量会以中微子这种鬼魅般的粒子形式丧失。中微子从恒星中心向外飞出时，会在黑洞到达之前，把外层的某些物质带出去，而这些未被吞噬的物质很快就会在新生的黑洞周围形成一个圆盘。
关于“奶牛”的性质，有没有其它理论？
提出“奶牛”拥有一个中心引擎的，并非只有Margutti及其同事。《Astrophysical Journal》已接收的另外一篇论文中，美国加州理工学院的天文学家Anna Y. Q. Ho率领的另一个团队也得出了相似的结论。
但是，英国利物浦约翰摩尔斯大学的天体物理学家Daniel Perley在自己的研究论文中指出，当一个已经存在且质量相对较大的黑洞在吞噬了一颗与太阳相当的恒星之后，才出现了“奶牛”。当黑洞巨大的引力撕裂恒星时（潮汐破坏），恒星的气体可能会聚集在黑洞周围的圆盘，并在此过程中形成“奶牛”那非比寻常的光芒。
问题在于，在一个星系的外围存在这么大的一个黑洞，能否说得通，尤其是根据“奶牛”的射电信号来看，该区域的气体应该很稠密。目前的科学理论认为，那样口径的黑洞应该在并无多少额外气体的恒星团中才能形成。
Margutti称，如果“奶牛”周围的团雾是一颗巨大恒星抛射出来的物质，而且，这颗恒星随后坍缩称中子星或黑洞，那么，“奶牛”所处的环境才更能说得通。不过，Perley指出，我们目前还没有发现并研究过他们团队提出来的那种规模的黑洞，因此，我们也无法断定这个理论与事实是否相符。
Perley说：“Margutti的团队里有几位顶尖的超新星专家，但我希望能有潮汐破坏方面的专家加入，看他们能不能想办法说得通。”
未来研究
对“奶牛”更长期的观测，将有助于揭开其中心引擎的面纱。Metzger认为，如果“奶牛”的中心有一颗磁化的中子星，它会在距今几年后发出X射线耀斑。然而，如果其中心是一个黑洞，就不会有此类闪光出现。
不过，了解“奶牛”最好的方式还是寻找更多与之类似的天体。随着更多机器人望远镜和大尺度巡天项目实施，天文学家们也是最近才有能力观测到这类闪光，并对其实时追踪。
Metzger说：“对夜空进行巡视，就像是拍电影，令人兴奋。我们不再把宇宙当成静止的事物，而是认为它甚至在几天的时间尺度内就会非常活跃。”
（译者：mikegao）
来源：国家地理中文网（官V）
本文选自：今日头条 |
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发表于 2019-1-27 21:27:32
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