超級(jí)碰撞和超級(jí)噴射流

根據(jù)已知的物理定律，沒有東西能比光傳播得更快。盡管黑洞、脈沖星和類星體等奇異現(xiàn)象產(chǎn)生的相對(duì)論噴流有時(shí)也會(huì)以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)，但很少能看到任何太空物體以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)。但現(xiàn)在天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種超高速射流，它以超過光速99.97%的速度在太空中穿梭。哇!

天文學(xué)家使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡測(cè)量了這種噴射流的速度，他們認(rèn)為這是兩顆中子星碰撞時(shí)產(chǎn)生的。他們將這次事件命名為GW170817，并表示碰撞產(chǎn)生的能量與超新星爆發(fā)或恒星爆炸的能量相當(dāng)，超新星在幾秒鐘內(nèi)釋放的能量比太陽數(shù)十億年的生命周期中釋放的能量還要多。美國(guó)宇航局表示，這次噴射流的發(fā)現(xiàn)和分析是:

對(duì)正在進(jìn)行的這些不尋常碰撞的調(diào)查的一個(gè)重要分水嶺。這次合并的結(jié)果被全球70個(gè)天文臺(tái)和太空天文臺(tái)共同觀測(cè)到，除了引力波探測(cè)之外，還包括廣泛的電磁波譜。

究竟發(fā)生了什么？

天文學(xué)家首次注意到中子星爆炸是在2017年8月。他們說:

僅僅兩天后，科學(xué)家們迅速將哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了爆炸地點(diǎn)。中子星坍縮成一個(gè)黑洞，黑洞的強(qiáng)大引力開始將物質(zhì)拉向黑洞。那種物質(zhì)形成了一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的圓盤，產(chǎn)生了從兩極向外移動(dòng)的射流。咆哮的噴射流撞向膨脹的爆炸碎片外殼中的物質(zhì)，并將其卷走。其中包括一團(tuán)噴射出來的物質(zhì)。

雖然這一事件發(fā)生在2017年，但科學(xué)家們花了幾年時(shí)間才想出一種方法來分析哈勃望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)和其他望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，從而描繪出這幅完整的畫面。

哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果與多個(gè)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果相結(jié)合，這些望遠(yuǎn)鏡一起工作，進(jìn)行超長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI)。這些無線電數(shù)據(jù)是在爆炸發(fā)生75天和230天后采集的。

《自然》雜志論文的第一作者、加州理工學(xué)院的Kunal P. Mooley評(píng)論道:

我很驚訝哈勃能給我們提供如此精確的測(cè)量，其精度可與遍布全球的強(qiáng)大射電VLBI望遠(yuǎn)鏡相媲美。

為了達(dá)到極高的精度，除了VLBI，作者還使用了哈勃數(shù)據(jù)和ESA(歐洲航天局)蓋亞衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。馬里蘭州巴爾的摩市空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的杰伊·安德森解釋說: 對(duì)數(shù)據(jù)耗時(shí)數(shù)月的仔細(xì)分析，才做出了這一測(cè)量結(jié)果。

超級(jí)噴射流速度比光還快？

通過結(jié)合不同的觀測(cè)結(jié)果，他們能夠準(zhǔn)確確定爆炸地點(diǎn)。哈勃望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量顯示，噴流的表觀速度是光速的7倍。無線電觀測(cè)顯示，噴射物后來減速到比光速快四倍的表觀速度。

但是，正如本文上面所指出的，根據(jù)已知的物理定律，沒有什么能比光速更快。所以今天的天文學(xué)家都認(rèn)為這種超光速運(yùn)動(dòng)是一種幻覺。天文學(xué)家解釋說:

由于噴流正以接近光速接近地球，所以它在較晚時(shí)間發(fā)射的光距離較短。從本質(zhì)上說，噴流是在追逐自己的光。事實(shí)上，噴射物發(fā)出光的間隔時(shí)間比觀察者想象的要長(zhǎng)。這導(dǎo)致物體的速度被高估了——在這種情況下，似乎超過了光速。

加州大學(xué)伯克利分校的盧文斌證實(shí):

我們的結(jié)果表明，噴射流發(fā)射時(shí)的速度至少是光速的99.97%。

為何天文學(xué)家如此興奮

這些天文學(xué)家稱這項(xiàng)工作是兩個(gè)新興且相互關(guān)聯(lián)的研究領(lǐng)域的“重大突破”。一種是時(shí)域天文學(xué)(研究空間物體如何隨時(shí)間變化)。另一種是多信使天文學(xué)(使用各種信號(hào)，如光和引力波，來研究單個(gè)天體物理物體或事件)。

他們表示，哈勃望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量結(jié)果，加上2018年宣布的VLBI測(cè)量結(jié)果:

這大大加強(qiáng)了中子星合并和短時(shí)間伽馬射線暴之間長(zhǎng)期以來的假設(shè)。這種聯(lián)系需要一個(gè)快速移動(dòng)的射流出現(xiàn)，現(xiàn)在已經(jīng)在GW170817中測(cè)量到。

他們還表示，這項(xiàng)工作為更精確地研究中子星合并鋪平了道路，并補(bǔ)充道:

在未來幾年里，如果有足夠大的樣本，相對(duì)論噴流觀測(cè)可能會(huì)為測(cè)量宇宙膨脹率提供另一種探索途徑，這與一個(gè)被稱為哈勃常數(shù)的數(shù)字有關(guān)。

藝術(shù)家的概念：兩顆中子星碰撞并釋放出超高速的輻射。咆哮的噴流——其物質(zhì)以接近光速移動(dòng)。-進(jìn)入周圍的星際介質(zhì)。圖片來自Elizabeth Wheatley/ NASA。

總結(jié):天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)并測(cè)量到了一種超高速射流，被認(rèn)為是兩顆中子星碰撞的結(jié)果。射流中的物質(zhì)以99.97%的光速移動(dòng)!

BY:Deborah Byrdand

FY: Tommyzhu（朱濤）

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