【星闻星事系列28】首次勘测中子星表面

发布者:江苏省天文学会文章来源:江苏省天文学会发布时间:2020-01-13浏览次数:23


中子星内部成分探测器发现中子星并非如想象的那样简单。


[图片说明]:出乎天文学家的意料,在脉冲星J0030的南半球似乎存在3个热点。版权:NASA/Goddard Space Flight Center/CI Lab。


脉冲星是宇宙中的灯塔。这些小而致密的天体其实是快速自转的中子星。它们会向太空中辐射出光束,是大质量恒星的遗迹。天文学家首次对一颗直径26千米的脉冲星表面进行了细致的勘测。这一结果挑战了天文学教科书中关于脉冲星的简单图像,打开了研究这些极端天体的新大门。

被放置在国际空间站外部,中子星内部成分探测器能够探测脉冲星所发出的X射线。它对脉冲星J0030+0451(简称J0030)进行了观测。J0030位于双鱼座,距离地球1 100光年。通过观测J0030所发出X射线随时间的变化,天文学家勘测了它的表面并测量了它的质量,得到结果出乎意料。

类似黑洞,脉冲星是极其小且致密的天体。它们强大的引力会弯曲周围的时空,使得我们可以看到它位于视线之外的另一面。这一效应会使得脉冲星看上去比实际上更大一点。中子星内部成分探测器能以极高的精度记录下脉冲星X射线到达的时间,由此就能以前所未有的精度来勘测脉冲星的表面并测量它的大小。

结果显示中子星J0030的质量在1.3~1.4个太阳质量之间,直径约26千米。相比之下,太阳的直径约为130万千米。这些结果并不意外,但在测定J0030表面的热点位置时问题来了。

在教科书的简单图像中,脉冲星有两个热点,分别位于两个磁极。随着中子星自转,这些热点会向太空发射狭窄的波束,就像灯塔。如果有一个或两个光束恰好扫过地球,就可以看到一颗脉冲星。

J0030的北半球朝向地球。因此,天文学家预计会看到其北极附近的一个热点。勘测热点需要使用超级计算机来区分接收到的X射线来自脉冲星表面的哪个位置。普通的台式计算机大概要算10年的时间,超级计算机则不到1个月。

结果发现,J0030表面存在2个或者3个热点,且都在南半球。有天文学家认为它拥有一个小而圆的热点和一个位于较低纬度地区的新月形热点。其他人则认为在它的南半球存在两个椭圆形热点,在其南极附近还有另一个温度较低的热点。

这两个观点与此前预想的简单图像都不符,表明产生热点的脉冲星磁场可能远比之前设想的更复杂。虽然结果令人困惑,但却表明中子星内部成分探测器将有望帮助解答天体物理学中长期存在的一个问题,即在中子星极端致密的核心物质会以何种形式存在?

接下去天文学家将会继续勘测其他脉冲星的表面,积累对这些特殊天体的更多认识。


原文链接:http://www.astronomy.com/news/2019/12/astronomers-map-a-neutron-stars-surface-for-the-first-time
原文作者:Alison Klesman
编译:周天倚
校审:谢懿