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標題: 中子星合併會閃閃發光預示著什麼﹖ [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2023-12-17 03:54 AM 標題: 中子星合併會閃閃發光預示著什麼﹖

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　　研究人員已經發現了一種新方法事先探測到宇宙中最災難性的合併事件。中子星是大型死亡恆星緻密的核心﹐它們相互螺旋靠近或進入黑洞時﹐可以在中子星周圍的重帶電粒子群中引起潮汐波。研究人員發現﹐此類潮汐波通過電磁輻射的規律閃光顯現而這能夠作為即將發生合併的早期預警系統。
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　　中子星可以說是宇宙中最極端的星體。黑洞可能更奇特但黑洞相對較簡單﹐它們只是擁有巨大的引力。相比之下中子星本質上是巨型原子核具有許多黑洞不具備的奇特﹑複雜的物理現象。典型的中子星直徑僅有幾千米﹐但重量卻是太陽的幾倍。中子星幾乎全部是由中子組成(也因此而名為「中子星」)﹐但也包含一定數量的鬆散電子﹑質子和重核離子。中子星誕生於超新星(垂死的巨型恆星爆炸的產物)﹐部分中子星甚至擁有宇宙中最強大的磁場。
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　　中子星的壓力和密度大到超出我們的目前的物理知識範圍﹐因而其內部對我們來說極度神秘。一些模型表明中子星內核僅是一個均勻的中子團﹐而另一些模型暗示中子星分裂成組成自身的夸克。在內核之外還存在著一大塊堅固平滑的中子逐漸轉換成一個更複雜的模式﹐例如﹐塊狀物和條狀物﹐統稱為「核麵團」。
　　普遍認為﹐中子星的外殼是由超流體電子和中子組成﹐兩者越靠近就會形成晶格。最終﹐就會有一片由深度10到100米(33到330英尺)不等的流體電子﹑中子和離子組成的海洋。在這種情況下物質極其奇特的性質(通常不會在周圍發現超流體中子)導致中子星成為研究極端物理學的的主要對象。這一想法在發現GW 170817後得到鞏固。GW 170817是兩顆中子星正在合併時爆發電磁而探測到的一個引力波信號。這種被稱為「多信使天文學」(multimessenger astronomy)的聯合探測使物理學家能夠前所未有地探索中子星的核心。
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　　但自2017年第一次探測到引力波以來﹐我們再也沒有發現其他中子星合併的事件﹐令人沮喪﹐因為中子星是自然界測試高能物理的最佳實驗室之一。但現在一種觀測中子星奇異行為的新方法不會讓我們等太久。新方法的論文重點關注中子星海洋﹐這片海洋除了包含自由電子和中子之外﹐還包含碳﹑氧和鐵。儘管這片海洋比中子星的整體深度淺﹐但它是中子星最外層(不包括薄到極致的「大氣層」)﹐也是中子星最容易與外部宇宙發生反應的部分。
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　　特別是研究人員發現這些較淺的海洋能夠為潮汐提供支持﹐就像地球中的海洋一樣。但是在中子星掀起潮汐需要許多引力拉力﹐抵抗極端引力。中子星的潮汐僅在中子星足夠接近一個緻密物體時才會出現﹐如其他中子星或黑洞。值得慶幸的是﹐這種雙星體合併的現象較為常見。隨著恆星逐漸在多個系統中形成﹐按照生命週期繼續發展﹐最終留下黑洞和中子星的組合。
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　　一顆中子星開始和另一顆中子星或黑洞合併的時候﹐兩顆中子星需要幾年時間慢慢螺旋運動靠近彼此。隨著中子星繞軌道而行﹐引力潮帶著能量離開自身所處星系﹐拉近兩顆中子星的距離。最終合併在幾秒時間內結束。但在合併發生前﹐繞軌道而行的伴星能在中子星掀起一系列的共振潮汐。這些潮汐能夠保持100兆赫的頻率﹐並攜帶10^29焦耳的巨大能量。為了讓你感受到這些數字的驚人之處﹐全人類每年僅使用10^29焦耳的能量。單個中子星共振潮汐波的能量超過了太陽照射10,000年的全部能量輸出。
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　　和海洋潮汐能不同﹐這些潮汐是由等離子群構成。極端的電荷意味著潮汐不斷湧動﹐噴射出強烈的電磁輻射﹐變成我們所能看見的X射線和伽馬射線的閃光。研究人員根據計算預估﹐像費米伽馬射線太空望遠鏡和核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)這樣的空間觀測站﹐每年能夠探測到許多螺旋行進的中子星﹐而這些信號會在最終合併前幾年出現。
　　有了這些預警信號﹐天文學家可以準備好望遠鏡和觀測台﹐捕獲合併的瞬間並深挖更寶貴的電磁波和引力波數據。

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