美国宇航局退役的康普顿任务揭示超重中子星

　　合并的中子星，如图所示，当它们聚集在一起并坍缩成黑洞时会产生伽马射线爆炸。美国宇航局康普顿任务对两次爆发的观测表明，在它们最终坍缩之前，这些物体短暂地形成了一颗超大的中子星。（美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI实验室）

　　1991年4月，宇航员在康普顿伽马射线天文台从亚特兰蒂斯号航天飞机上部署期间对其进行了成像。（图片来源：NASA/STS-37 机组人员）

　　在这个动画中，一颗中子星（蓝色球体）在彩色气体盘的中心旋转，其中一些气体沿着磁场（蓝线）流动（蓝白色弧线）到物体表面。在这些系统中X射线中看到的准周期振荡的一种解释是在圆盘内边缘附近形成一个热点（白色椭圆形），随着其性质的变化而膨胀和收缩。由于这种不规则的轨道，热点发射在一定频率范围内变化。（美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室）

　　据美国宇航局（作者：弗朗西斯·雷迪）：研究称为短伽马射线暴（GRBs）的强大爆炸的档案观测的天文学家已经检测到光模式，表明超重中子星在坍缩成黑洞之前不久短暂存在。这个转瞬即逝的大质量物体可能是由两颗中子星碰撞形成的。

　　“我们在NASA的Neil Gehrels Swift天文台，费米伽马射线太空望远镜和康普顿伽马射线天文台探测到的700个短GRB中寻找这些信号，”马里兰大学帕克分校（UMCP）和美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究员Cecilia Chirenti解释说，他在美国天文学会第241次会议上介绍了这一发现。 在西雅图。“我们在康普顿在1990年代初观察到的两次爆发中发现了这些伽马射线模式。

　　由Chirenti领导的一篇描述结果的论文于1月9日星期一发表在科学杂志《自然》上。

　　当中子星的核心耗尽燃料并坍缩时形成。这会产生一个冲击波，在超新星爆炸中吹走恒星的其余部分。中子星通常将比太阳更多的质量打包成一个城市大小的球，但超过一定质量，它们必须坍缩成黑洞。

　　康普顿数据和计算机模拟都显示，巨型中子星比已知质量最大，精确测量的中子星（称为J0740 + 6620）多20%，后者的重量几乎是太阳质量的2.1倍。超重中子星的大小几乎是典型中子星的两倍，大约是曼哈顿岛长度的两倍。

　　巨型中子星每分钟旋转近78，000次 - 几乎是J1748-2446ad速度的两倍，J1748-2446ad是有记录以来最快的脉冲星。这种快速旋转短暂地支撑了物体免受进一步的坍缩，使它们只存在了零点几秒，之后它们开始形成一个比眨眼更快的黑洞。

　　“我们知道，当绕轨道运行的中子星碰撞在一起时，会形成短的伽马射线暴，我们知道它们最终会坍缩成黑洞，但事件的确切顺序尚不清楚，”UMCP天文学教授科尔米勒说。“在某个时候，新生的黑洞爆发出一股快速移动的粒子，发出强烈的伽马射线闪光，这是最高能量的光形式，我们想更多地了解它是如何发展的。

　　短的伽马射线暴通常发光不到两秒钟，但释放的能量与我们银河系中所有恒星在一年内释放的能量相当。它们可以在超过十亿光年之外被探测到。合并的中子星也会产生引力波，时空涟漪可以被越来越多的地面天文台探测到。

　　对这些合并的计算机模拟表明，随着中子星的合并，引力波的频率突然跳跃 - 超过1000赫兹。这些信号太快太暗，现有的引力波天文台无法探测到。但Chirenti和她的团队推断，类似的信号可能出现在短伽马射线的伽马射线发射中。

　　天文学家称这些信号为准周期振荡，简称QPO。与音叉的稳定振铃不同，QPO可以由几个随时间变化或耗散的紧密频率组成。伽马射线和引力波QPO都起源于两颗中子星合并时的漩涡物质。

　　虽然在斯威夫特和费米暴中没有伽马射线QPO实现，但康普顿的爆发和瞬态源实验（BATSE）在1991年7月11日和1993年11月1日记录的两个短伽马射线暴符合要求。

　　BATSE仪器的较大区域使其在发现这些微弱的模式方面占了上风 - 揭示了巨型中子星存在的明显闪烁。该团队将这些信号偶然发生的综合几率评估为不到1/3百万。

　　“这些结果非常重要，因为它们为引力波天文台未来测量超大质量中子星奠定了基础，”华盛顿乔治华盛顿大学物理系主任Chryssa Kouveliotou说，他没有参与这项工作。

　　到2030年代，引力波探测器将对千赫兹频率敏感，为超大中子星的短暂寿命提供新的见解。在此之前，灵敏的伽马射线观测和计算机模拟仍然是探索它们的唯一可用工具。

　　康普顿的BATSE仪器是在阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心开发的，它提供了第一个令人信服的证据，证明伽马射线暴发生在我们银河系之外的地方。在运行了近九年后，康普顿伽马射线天文台于2000年6月4日脱离轨道，并在进入地球大气层时被摧毁。

　　戈达德管理着斯威夫特和费米任务。