美國(guó)宇航局在國(guó)際空間站上的中子星內(nèi)部合成探測(cè)望遠(yuǎn)鏡(NICER)檢測(cè)到一次突然出現(xiàn)的高能X射線爆發(fā)。這次爆炸是由脈沖星表面巨大的熱核閃光引起，脈沖星是很久以前作為超新星爆炸的一顆恒星殘骸。

X光爆發(fā)是迄今為止中子星內(nèi)部合成探測(cè)望遠(yuǎn)鏡觀察到最亮的一次，來自一個(gè)名為SAX J1808.4-3658的天體，簡(jiǎn)稱J1808。這些觀測(cè)揭示了許多從未在一次爆發(fā)中一起被觀察到的現(xiàn)象。此外，由于天文學(xué)家還無法解釋的原因，下沉的光又短暫地變亮了。

美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心和馬里蘭大學(xué)學(xué)院公園分校的天體物理學(xué)家，首席研究員彼得·博特(Peter Bult)表示：這次爆發(fā)非常突出，看到亮度的兩步變化，我們認(rèn)為這是由脈沖星表面的單獨(dú)層噴射引起，以及其他有助于解碼這些強(qiáng)大事件的物理特征。這次爆炸被天文學(xué)家歸類為I型X射線爆發(fā)，在20秒內(nèi)釋放的能量相當(dāng)于太陽在近10天內(nèi)釋放的能量。這次創(chuàng)紀(jì)錄的噴發(fā)，捕捉到的細(xì)節(jié)更好，將有助于天文學(xué)家微調(diào)對(duì)驅(qū)動(dòng)它和其他爆發(fā)脈沖星熱核耀斑物理過程的理解。

脈沖星是一種中子星，是當(dāng)一顆巨大的恒星耗盡燃料，在自身重量下坍塌并爆炸時(shí)，留下的小型核心。脈沖星可以快速自轉(zhuǎn)，并在磁極上承載X射線發(fā)射熱點(diǎn)。當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，它掃過我們視線上的熱點(diǎn)，產(chǎn)生有規(guī)律的高能輻射脈沖。J1808位于人馬座大約11000光年遠(yuǎn)的地方，它以令人眼花繚亂每秒401轉(zhuǎn)的速度自轉(zhuǎn)，并且是雙星系統(tǒng)的一員，它的同伴是一顆棕矮星，比一顆巨大的行星還要大，但太小了，不能成為一顆恒星。一股穩(wěn)定的氫氣氣流從伴星流向中子星，并積累在一種稱為吸積盤的巨大存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中。

吸積盤中的氣體不容易向內(nèi)移動(dòng)，但是每隔幾年，像J1808這樣的脈沖星周圍的圓盤就會(huì)變得非常稠密，以至于大量的氣體被電離或剝離其電子。這使得光更難通過圓盤移動(dòng)，被捕獲的能量開始了一個(gè)失控的加熱和電離過程，這個(gè)過程捕獲了更多能量。氣體變得更難流動(dòng)，開始向內(nèi)螺旋，最終落到脈沖星上。氫氣降到脈沖星表面形成一個(gè)熾熱的，不斷加深的全球“?！?。在這一層的底部，溫度和壓力不斷升高，直到氫核融合形成氦核，氦核產(chǎn)生能量。

NICER副首席研究員，合著者之一Zaven Arzoumanian解釋說：氦沉淀下來并建立了自己的一層，一旦氦層有幾米深，條件能讓氦原子核融合成碳。然后氦爆炸噴發(fā)，并在整個(gè)脈沖星表面釋放出熱核火球。天文學(xué)家采用愛丁頓極限的概念（以英國(guó)天體物理學(xué)家阿瑟·愛丁頓爵士命名）來描述一顆恒星在輻射導(dǎo)致恒星膨脹之前所能擁有的最大輻射強(qiáng)度。這一點(diǎn)很大程度上取決于位于發(fā)射源上方組成。該研究的合著者、劍橋麻省理工學(xué)院的物理學(xué)教授迪普托·查克拉巴蒂(Deepto Chakrabarty)說：

研究以一種新的方式利用了這個(gè)概念，顯然在同一X射線爆發(fā)中看到了兩種不同成分的愛丁頓極限。這是一種非常有力和直接的方式來跟蹤作為事件基礎(chǔ)的核燃燒反應(yīng)。隨著爆發(fā)的開始，數(shù)據(jù)顯示，X射線亮度穩(wěn)定了近一秒，然后又以較慢的速度增加。研究人員將這種“停滯”解釋為爆炸能量積累到足以將脈沖星的氫層吹向太空的時(shí)刻。火球繼續(xù)積聚了兩秒鐘，然后達(dá)到了頂峰，吹走了更大質(zhì)量的氦層。氦膨脹得更快，在氫層消散之前超過了氫層，然后減速，停止，并回到脈沖星表面上。

在這個(gè)階段之后，由于研究團(tuán)隊(duì)還不清楚的原因，脈沖星又短暫地變亮了大約20%。在J1808近一輪的活動(dòng)中，NICER探測(cè)到了另一個(gè)更微弱的X射線爆發(fā)，它沒有顯示出在之前事件中觀察到的任何關(guān)鍵特征。除了探測(cè)到不同層的膨脹外，對(duì)爆炸的更好觀察揭示了X射線從吸積盤反射出來，并記錄了“爆發(fā)振蕩”的閃爍，即以脈沖星自旋頻率上升和下降的X射線信號(hào)，但發(fā)生在與其正常X射線脈沖相關(guān)熱點(diǎn)不同的表面位置，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上。

博科園｜研究/來自：美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/2041-8213/ab4ae1

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