自转速度6.11毫秒,每秒163转,最紧凑的二元脉冲星系统成因揭秘

在Astrobites网站上,我们可以注意到一个惊人的天文发现:IGR J17062−6143,这是迄今为止发现的最紧凑的x射线毫秒脉冲星双星系统! Astrobites建刊于2010年,是由天文学研究生撰写的日常天体物理学文献期刊。

为了让我们更好的了解这颗脉冲星的特别之处,我们有必须要了解一下相关术语。

首先,什么是脉冲星?

脉冲星是一种特殊的中子星。中子星是什么?它是大质量恒星爆炸时留下的超高密度中子球。外层向外膨胀,但恒星的核心坍缩,质子和电子在一起粉碎形成中子,实际上它的形成过程比这里所述更复杂,但这里提及的仅仅是关键点。

它的质量和太阳差不多,但却只有几公里宽! 所以它的密度大得令人难以置信。天文学曾经计算过,一立方厘米的中微子,它的大小比一个方糖还要小一点,然而它的重量相当于地球上所有汽车的重量。

中子星有很强的磁场,而且自转速度非常快,有时自转一圈仅需不到一秒钟,有时甚至更快。像地球一样,它们大致上也有两极磁场,就像条形磁铁一样,有南北磁极。辐射束从表面两极的位置发出,能量惊人。另外它的磁极也和地球很相似,不一定与自旋极对齐,所以中子星自转时,这些光束会像灯塔一样扫过太空。当其中一束光束扫过地球时,我们的天文望远镜会看到一个能量的小光点,随着自旋发生脉动,于是因此有了脉冲星这个术语。

毫秒级?

有些脉冲星的自转速度比其他脉冲星快得多。已知脉冲性最快的旋转速度每秒超过700次!几乎是每毫秒旋转一次,事实就是如此惊人。

有关X射线的解释

在吸积发生之后这一切来地更自然。天文学家用这个词来形容某个物体从某个地方积累了质量。例如,如果一颗脉冲星有一颗伴星,其异常可怕的引力可以将物质拉离那颗恒星并吸入脉冲星。它把这种物质加速到光速的2/3 !当这种物质撞击中子星表面时,它会释放出如此多的能量,发出的光就是电磁光谱中显示的x射线部分,这是需要几百万度的温度才能实现的事情,所以相当了不起。此外当这种物质与能发出x射线的磁场相互作用时,也会产生复杂的物理现象。

回顾一下,毫秒脉冲星是由普通脉冲星构成的,因为伴星的物质受到中子星引力的吸引。物质呈螺旋状进入恒星,增加了角动量。随着时间的推移,这使得脉冲星加快自转,并且旋转得非常快。

现在来看二进制。

你需要另一颗恒星来制造毫秒脉冲星,所以围绕着脉冲星旋转的还有一颗恒星。这就变成了二进制。

最后紧凑的双星系统是如何形成的?

这里的形成过程相当惊险刺激。为此我们实际上必须讨论IGR J17062 - 6143,这也是本文的主题。这颗脉冲星第一次被探测到是在它爆发的时候。这意味着,由于某种原因,它在短时间内变得异常明亮。对于正常的脉冲星来说,这通常是由于它吞下了异常大的伴星部分。它们会变亮,然后很快就会褪色。然而J17062却一直在发亮,多年来它一直在释放高能辐射。

非常大的能量。它释放出的能量是太阳总能量的150倍,而且它是用x射线的方式来释放出来。这东西可以说是个野兽,为了更好地观察它,天文学家使用了一种非常酷的仪器,叫做中子星内部成分探测器。它实际上被安装在国际空间站上,这里有一个稳定的平台和充足的电力。2017年8月它被用来观察J17062。

数据证实这是一颗脉冲星,研究人员确定它的自转速度为6.11毫秒,每秒163.656转,与此同时他们还发现了其旋转速度的一个奇怪的周期性变化,这一定是由于J17062和一个看不见的伴星的相互轨道运动导致。脉冲双星的轨道周期是惊人的38分钟。轨道周期时间非常短,意味着它的伴星必然非常接近脉冲星。嘿,这意味着这个双星系统相当的紧凑。

现在本文中已经涵盖了所有的关键点。但还有更多的东西可以了解。

伴星不可能是像太阳那样的普通恒星。轨道周期意味着两者之间的距离约为30万公里,比地球到月球的距离还短! 首先,太阳比它要大得多。像太阳这样直径140万公里的恒星根本不适合成为伴星,甚至一颗红矮星也不行: 因为中子星的引力如此之大,以至于潮汐会把任何正常的恒星撕成碎片。

这意味着伴星一定非常小。事实上,它是一颗白矮星: 一颗普通恒星耗尽核燃料后剩下的核心,它的外层被吹掉,留下一个地球大小的致密球,但并非中子星的密度。白矮星的表面引力是巨大的,是地球引力的数十万倍。然而中子星的引力要强大得多,是地球引力的数百万倍或数十亿倍,它可以撕裂白矮星表面的物质,把它吸引到太空中,然后让它落在中子星表面!

J17062就这样运行了很长时间。通常一颗白矮星的质量约为太阳的一半,但在这个系统中,它的质量可能不到太阳的1% ! 脉冲星已经吃掉了伴星的很多东西,几乎没有什么东西可以留下来。

关于这个体系的一切都是极端的。但真正让人着迷的是脉冲双星本身。不妨这样想: 地球的引力足够强大,得以让月球围绕它前进,公转周期27天多一点。在大致相同的距离上,J17062的引力使得它的伴星速度快1000多倍。

宇宙是不可思议,想想像这样的东西会让人脖颈发凉。几十亿年前,J17062和其他许多恒星一样,是一个双星系统。这一切很奇怪,两颗恒星可能都比太阳的质量大。其中一颗首先死亡,膨胀成一颗红巨星,并把它的大量质量倾倒到另一颗恒星上。当这一切完成后,只剩下一颗白矮星。然而另一颗恒星的质量足够大,可以爆炸成超新星。当它结束时它只留下了中子星,我们今天看到的系统或多或少相似。重点是宇宙中最奇怪的事情,在最初发生时似乎很正常。

当您仰望夜空,看到那些星星的时候,不要忘记黑暗中有很多奇怪的事情在发生。这也是很多人热爱天文学的众多原因之一。

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