比光還快？中子星合併噴射出一種看似不可能速度的射流

一項新的研究報告稱，天文學家去年發現中子星的戲劇性合併產生了一股似乎是光速四倍的物質射流。當然，「似乎」是這裡的關鍵詞；物理定律告訴我們：沒有什麼能比光更快地在太空中穿行。因此超光速運動是一種錯覺，這是由噴射流(仍然非常快)的速度和它幾乎直接向我們噴射的事實造成。研究的合著者、澳大利亞斯溫伯恩科技大學的亞當·戴勒在美國國家科學基金會(Nsf)下屬的國家射電天文觀測站(Nrao)發表的一份聲明中說：根據分析，噴射流很可能很窄，至多5度，而且距離地球的方向只有20度。

博科園-科學科普：但為了與我們的觀測結果相符，噴射流中的物質也必須以超過光速的97%向外爆炸。由nrao和位於帕薩迪納的加州理工學院(California Institute Of Technology)的庫納爾穆利(Kunal Mooley)領導的戴勒(Deller)和同事們利用各種射電望遠鏡研究了中子星碰撞的結果，這是一次名為gw 170817的歷史性事件。GW 170817是第一次記錄到兩顆中子星的碰撞，這是在超新星爆炸中死亡的大質量恆星超稠密殘留物。發生在距地球約1.3億光年的gw 170817也開啟了「多星天文學」的時代：這是通過引力波(阿爾伯特愛因斯坦在一個世紀前首次預測的時空漣漪)和電磁輻射探測到的第一次事件。

在這幅非等比尺度藝術插圖中，模擬射電圖像顯示了兩個中子星合併產生黑洞產生的超高速射流，這是在2017年8月觀測到的一個戲劇性事件。圖片：D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO/AUI/NSF

GW 170817這個名字是對那些引力波的認可，也是天文學家觀測到這一事件的日期：2017年8月17日。科學家們認為，這次合併產生了強大的爆炸，將一個物質的外殼噴射到遙遠的太空中。在這個殼層中，合併的中子星創造了一個單一的黑洞，它開始吸收大量的氣體和塵埃。這種物質在黑洞周圍形成了一個快速旋轉的圓盤；不久，雙噴流開始從這個圓盤的磁極上噴射出來。目前還不清楚這些噴射流是否衝破了最初爆炸產生的殘骸殼。但是Mooley和團隊在最初探測到GW 170817之後的75天和230天觀察表明，這種情況確實發生了。

起初噴出物與噴出的碎片相互作用，形成一種繭狀結構，其移動速度比噴流本身要慢得多，但噴流最終沖入了星際空間。這項研究的合著者、以色列特拉維夫大學的理論家Ore gottlieb在同一份聲明中說：我們的解釋是，在合併後大約60天內，「蠶繭」控制了無線電發射，而在後來的時間裡被噴射流控制。現在來看比光快的部分：在兩次觀測之間的155天里，指向地球的射流似乎跳躍了2光年，這一距離表明它的速度是光速的4倍，但這只是一種幻覺。

這張圖顯示了中子星和恆星合併結果，最初爆炸產生的噴出物在合併形成黑洞周圍形成了一個殼。從黑洞周圍圓盤中噴射出來的物質首先與噴出物質相互作用，形成一個巨大的「繭」。後噴射流突破進入星際空間，其極快的運動變得明顯。圖片：Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

新的結果表明，中子星-恆星合併是短時間伽馬暴的重要來源，為了探測到這些高能光的噴發，合併產生的噴流必須與地球保持幾乎一致。NRAO的NSF項目主管Joe Pesce在同一份聲明中說：這次合併事件很重要，原因有很多，它繼續以更多的信息讓天文學家感到驚訝。噴流是在許多環境中都能看到的神秘現象，而現在，在電磁波譜的無線電部分，這些精緻的觀察提供了對它們迷人的洞察，幫助我們理解它們是如運行的，這項新研究於9月5日發表在《自然》上。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《Nature》｜文：Mike Wall/Space｜DOI:doi.org/10.1038/s41586-018-0486-3

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