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中子星周围环境是什么样?红外辐射“脉冲星风星云”?


哈勃太空望远镜从附近的一颗中子星上探测到一种不寻常的红外辐射,这可能表明脉冲星具有以前从未见过的特征。这项由宾夕法尼亚州立大学、土耳其萨班奇大学和亚利桑那大学的研究人员进行的观测,可以帮助天文学家更好地了解中子星的演化过程。2018年9月17日发表在《天体物理学》上的一篇论文描述了这项研究以及对这一不寻常发现的两种可能解释。宾州州立大学(Penn State)天文学和天体物理学副教授贝蒂娜·波塞特(Bettina Posselt)是论文的主要作者。

中子星的红外图像(源在右侧),通过哈勃太空望远镜观测得到的扩展红外发射。蓝色的圆圈表示脉冲星的x射线位置(由钱德拉x射线太空望远镜获得),十字表示脉冲星在紫外光(由哈勃太空望远镜测量)中的位置。图片:Bettina Posselt, Penn State

博科园-科学科普:作者表示这颗中子星属于附近一组七颗X射线脉冲星-绰号‘伟大的七颗星’-它们的温度比应该考虑的年龄和旋转能量损失所提供的可用能量库要热得多。在这颗中子星周围观测到了一个扩展的红外发射区域-名为RX J0806.4-4123-在脉冲星假定的距离上,它的总尺寸相当于约200个天文单位(即冥王星绕太阳轨道的2.5倍)。这是第一颗中子星,在这颗中子星中,只有红外线才能看到长时间的发射。研究人员提出了两种可能的解释,可以解释哈勃太空望远镜观测到的红外辐射。首先是脉冲星周围有一个物质圆盘——可能主要是灰尘。

具有环脉冲星圆盘的中子星,如果从合适的角度观察,圆盘内部的散射发射可以产生天文学家在中子星RX J0806.4-4123周围观察到的扩展红外发射。图片:Nahks Tr'Ehnl, Penn State

有一种理论认为,在超新星爆炸后,中子星周围可能存在所谓的‘备用盘’,里面的物质会聚集在一起。这样一个圆盘将由大质量恒星的起源物质组成。它随后与中子星的相互作用可能使脉冲星升温并减慢其自转速度。如果被证实为超新星后备盘,这个结果可能会改变我们对中子星演化的一般理解。第二种可能的解释是这个中子星发射出的红外辐射是“脉冲星风星云”。脉冲星风星云需要中子星呈现出脉冲星风,当粒子在强磁场中子星快速旋转产生的电场中加速时,就会产生脉冲星风。

中子星与脉冲星风星云共同作用产生的脉冲星风和即将到来的星际介质。脉冲星风星云可以解释天文学家在中子星RX J0806.4-4123周围观测到的扩展红外辐射。这样一个只含红外线的脉冲星风星云是不寻常的,因为它意味着加速粒子的能量相当低。图片:Nahks Tr'Ehnl, Penn State

当中子星以超过声速的速度穿过星际介质时,在星际介质和脉冲星风相互作用的地方就会形成冲击。受到冲击的粒子会辐射同步加速器发射,造成我们看到的延伸的红外发射。通常情况下,脉冲星风星云是在x射线中看到的,而只有红外脉冲星风星云将是非常不寻常和令人兴奋的。虽然中子星一般是在射电和高能发射(如x射线)中被研究,但这项研究表明,在红外线中研究中子星也可以获得新的有趣信息。利用将于2021年发射的NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜,天文学家们将能够进一步探索这个新开放的红外发现空间,以更好地理解中子星的演化。

博科园-科学科普|参考期刊文献 :《天体物理学》(Astrophysical Journal)|研究/来自:宾夕法尼亚州立大学,DOI: 10.3847/1538-4357/aad6df

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