黑洞前的閃耀——磁星

中子星是比太陽還要重八倍以上的恆星死亡後留下的緻密星體,它們體積超小,密度卻極高。由於宇宙中的恆星喜歡扎堆出現,兩個中子星攜手相伴的情況也時有發生。相互繞轉的雙中子星產生的引力場快速變化,就像是在不斷地攪拌原本平靜的時空,向外泛起漣漪。隨著能量的消耗,雙中子星會慢慢越靠越近,最終在劇烈碰撞、釋放引力波暴之後合二為一,形成一個新的質量更大的緻密天體——2017年8月17日鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)等就首次探測到了雙中子星併合引力波事件的訊號。如果這個新天體的質量超過中子星的質量上限,那麼天體內部物質的壓力將難以抗衡星體自身的引力,使得星體直接塌縮成為一個黑洞。但天文學家認為,在塌縮之前它很有可能會先形成一個更加有趣的天體——磁星。

黑洞前的閃耀——磁星

磁星,顧名思義,是一個具有超強磁場的中子星,其表面磁場比目前人類實驗室能製造出來的最強磁場還強上億倍。這樣的磁星可以擁有超高的自轉速度,每秒可自轉幾百上千周。由於高速自轉,即使磁星的質量超過中子星質量上限,其離心力也能幫助它短期抗衡強大的引力而不會進一步塌縮成黑洞。

除了留下中心的磁星,併合事件還會在周邊留下大量的丟擲物質。磁星具有強引力,快速吸入丟擲物質,並在兩極方向產生一個只持續幾秒的超高速噴流。如果噴流方向恰好對著地球,就如同它向我們開了一炮,可以讓我們在短時間內探測到大量的高能量伽馬射線,這就是被稱為短伽馬暴的高能天體物理事件。

早在上個世紀90年代初,科學家就提出了磁星的設想。之後它逐漸被學界廣泛接受,並用於解釋一些特殊型別的中子星。然而時至今日,科學家仍未在雙中子星併合之後探測到它的“真身”。

黑洞前的閃耀——磁星

“烏雲”遮蔽新天體輻射

由於雙中子星併合既能產生強烈的引力波暴,也能產生短伽馬暴,所以天文學家非常希望在探測到引力波輻射以後,還能在對應的方向看到一個短伽馬暴,從而進一步研究併合事件中的各種物理過程,找到磁星。然而,由於噴流“開炮”的方向是隨機的,它恰好對準地球的可能性其實很小,所以即使引力波探測器已經探測到不少的引力波事件,想觀測到一個對應的短伽馬暴卻很難。

黑洞前的閃耀——磁星

​但天文學家找到了另一種可能性。在理論預言中,磁星有一個重要的特點:較差自轉,即磁星的內部與外部的自轉速度並不一致,靠近中心區域的自轉速度更快。這就會不斷扭曲穿過磁星內部的磁力線,使其最終浮出磁星表面並斷裂,釋放出大量能量從而減緩磁星自轉,而還在磁星內部的磁力線則會重新連線並開始新一輪的扭轉。這種磁重聯過程能向四面八方發出大量的X射線波段至可見光波段的輻射。這樣,即使沒有看到短伽馬暴,科學家仍然有可能看到一個強烈的爆發事件,只不過是在X射線、可見光等波段。