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天文学与空间

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中子星合并后相对论射流突破茧

05 Sep 2018
gw170817
大爆炸:艺术家对中子星合并的印象(提供:NASA)

一束带电粒子以近乎光速的速度移动,粉碎了残留物,清除了残留物。 中子星合并 产生了由LIGO-Virgo合作于2017年8月17日检测到的引力波。

该事件被分类为GW170817,是天文学家的罗塞塔石碑,因为它使他们能够使用引力波和电磁辐射(从伽马射线暴(GRB)到无线电余辉)观察同一事件。这是新的令人兴奋的领域的第一次 多信使天文学.

两个中子星的碰撞称为千新星,被认为会产生 黑洞或“超大规模”中子星。一些富含中子的碎片在黑洞或中子星周围形成壳或茧。其余的螺旋形旋转到残留的物体上,产生带电粒子的射流,并以接近光速的速度向太空爆炸。

发光的茧

当喷气机猛撞到茧中时,它使它发光,这是天文学家称之为余辉的现象。但是,目前尚不清楚射流是否能够穿透茧并在另一侧出现。

天文学家,由 库纳尔·莫利(Kunal Mooley) 加州理工学院(Caltech)着手尝试通过使用高灵敏度阵列观察余辉来回答这个问题,该阵列由美国的十个射电望远镜组成。 很长的基线数组,再加上 超大型阵列 在新墨西哥州和 绿岸天文台 在西弗吉尼亚州。他们发现,余辉的延迟出现,需要150天才能达到其峰值亮度,而其他观察到的余辉仅在一两周后就可见。

地球离射流方向越远,余辉对我们越暗。延迟的长度意味着我们正在从20°的视角看到余辉和射流,并且射流和余辉必须本质上是高亮度的,以便我们能够在该角度检测到它们。

比光速快

Mooley的小组还发现,与GW170817相关的无线电余辉在超新星出现75至230天后表现出超光速运动,即明显比光快。超光速运动是由非常狭窄的射流(在这种情况下计算为仅5°宽)造成的幻觉,其行进速度小于朝向我们的光速。

这些测量使Mooley的团队对GW170817有了更好的了解。引力波的探测表明这是双星中子星合并,超光速运动表明射流能够突破茧。

“通过将这些信息放在一起,我们现在拥有强大的观测证据,表明双星中子星合并产生了成功的喷气机,”穆尔告诉 物理世界.

“这可以说是我们有史以来对GRB喷气机的最佳估计,”他说 矿石戈特利布 是特拉维夫大学的作者,他与Mooley共同撰写了一篇论文,描述了 性质.

幸运的发现

令人惊奇的是发现了射流的打开角度有多窄,以及射流和余辉的视角如何。戈特利布说,如果视角是30度而不是20度,“我们会错过的。”

他们估计,在这些狭窄,高亮度的喷头中,可能每千个短GRB中只有一个指向地球。戈特利布说:“很可能它们在宇宙中更常见。”

尼尔·坦维尔(Nial Tanvir)莱斯特大学的一名天文学家,但并未参与这项研究。他将这些发现描述为“很好的结果”,用于回答中子星合并产生的相对论射流是否能从其茧中脱离的问题。

“这似乎与长期以来的想法一致,即许多(或全部)中子星合并产生了这些移动速度非常快的射流,如果从靠近射流轴的有利位置观察,它们看起来就像是明亮,短促的。持续时间的伽马射线爆发。”他说。

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