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剧烈的宇宙爆炸刚好揭示了黑洞的诞生

恒星之死,黑洞之生

(图源:sakkmesterke/ iStock)

2018年似乎已经过去很久了,但是这一年,天文学家目睹了在距地球2亿光年的某星系中发生的一次猛烈爆炸,留给所有人满腹的困惑。它与其他所有观测到的超新星都不一样—它爆炸的威力太强,且异常明亮。科学界最初称之为AT2018cow,然后很快给它起了一个更有趣的名称:奶牛。

(图解:“奶牛”出现的位置。图源:R.Margutti / W. M. Keck Observatory)

在随后的几年中,这个短暂发生的事件仍然是个谜—它可能是一颗恒星被附近的黑洞撕成了碎片,也可能是一个“失败超新星”事件—大质量恒星的核心完全坍缩形成恒星黑洞。但是为了确认哪种情形是正确的,天文学家需要再观测一次类似“奶牛”的爆炸。

幸运的是,最近类似的事件上演了。

从2020年10月12日开始,天文望远镜在30亿光年外的某星系中观测到了另一个爆炸事件,同样的,它迅速发出了耀眼的光芒,随后永远消失。此次事件恰好能够与“奶牛”相互应证。天文学家在预印论文网站发表了一篇相关论文,并给此次事件起名为“骆驼”。

(图解:“骆驼”出现的位置。图源:arXiver)

西北大学的天体物理学家黛安·科佩詹斯(DeanneCoppejans)在《量子杂志》的一份报告中说:“这真是令人兴奋。”“类似AT2018cow这样的新瞬变现象的发生说明这并不是一个偶然的古怪事件。这是我们正在研究的一种新型瞬变。”

对于天文学家来说,“奶牛”事件是史无前例的—它明显无法被准确解释。但是“骆驼”是在科学仪器被调式并开始捕捉相关事件之后出现的。利物浦约翰·摩尔斯大学的天体物理学家丹尼尔·佩利(DanielPerley)说:“我们能够在其发生的几天之内了解其中的秘密。”

“而且我们有很多后续数据,”佩利补充说。

几天后,研究小组对夏威夷和加那利群岛的望远镜进行了算法培训,以收集关键数据并描绘出极其剧烈的宇宙爆炸的特征。他们甚至在一项名为“天文学家电报”的服务器上发出了全球范围内的公告,以供其他天文学家查看。

此次新发生的“骆驼”事件一开始有两个名字:一是来自记录所有瞬变事件的全球目录编写的代号AT2020xnd,以及ZTF20acigmel,编号来自兹威基瞬变设施,它最初发现了此类太空爆炸。后来这一事件的名字被改成了一个更相关的词:“骆驼”—“Xnd的命名关联性并不高,”佩利对量子杂志说。

就像“奶牛”一样,“骆驼”在短时间内燃烧至非常明亮,在两到三天内达到了峰值亮度。它的亮度大约是典型超新星的100倍,然后在几天而不是几周内变暗。“它的变暗过程非常快,并且在变暗时仍然很热,”佩利说。

在“骆驼”之前,还有另外两个类似“奶牛”的事件被天文学家研究过,分别为代号“CSS161010”和“考拉”。虽然它们符合相似的过程—快速变亮然后变暗,并且由于产生巨大的热量,使其光芒看起来是蓝色的,但这些“蓝色的光学瞬变事件”与这两回观测到的爆炸是不同的。

加州大学伯克利分校的天体物理学家安娜·何(AnnaHo)说:“爆炸本身和僵尸转世的行为非常相似。”她首先发现了“考拉”,后来又加入了“骆驼”的发现团队。这一系列过程看起来像是一颗恒星与附近的尘土和气体相撞而产生的爆炸。

但是,“通常而言我们所观测到的碰撞阶段所产生的爆炸会与其周围的物质相撞,但收集到的数据表明,无论是周围的物质数量,还是爆炸的冲击波穿过物质的速度都不符合常理。”

换句话说,科学家目睹的可能是“失败超新星”假设所预言到的景象—一颗大约是我们太阳质量20倍的超大恒星,它耗尽了内部燃料并开始走向衰亡。当核心坍塌时,这种大小的恒星的坠入物质通常向外“反弹”—最后仅留下一个密度极大的天体:中子星。

(图解:中子星)

佩利向量子杂志解释说,“骆驼”和“奶牛”似乎违反了这一规范程序,“它们在核心塌陷的过程中发生了一些不寻常的事情”。“我们做出的解释是,它们没有塌陷成中子星,而是直接塌陷成黑洞,导致了恒星的一大部分掉入了黑洞中。”

令人震惊的是,当黑洞开始吞噬一颗死星的外层时,它开始旋转,并且转得越来越快,最后它会从两极喷出大量的高能量喷射流—当喷射出的能量穿过恒星外层时,就形成了我们所能观测到的爆炸的亮光。

(图解:黑洞示意图)

并非所有黑洞的诞生过程都是相似的—无论是从大小上,还是它们出现的方式上。黑洞是自宇宙大爆炸以来已知的最基本的强大力量的形式之一,但黑洞也为某些星系(比如我们的银河系)提供了异常强大的中心重力。但是由于连光都无法逃脱黑洞的引力,黑洞的内部究竟上演着怎样一番景象是不可能从视界之外进行观测研究的。因此对像“骆驼”和“奶牛”这样的黑洞诞生过程的分析,或许可以帮助我们理解这些潜伏在宇宙深处的致命狩猎者。

原文链接:http://www.toutiao.com/a6968645292543459871

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