磁场是地球的3万亿倍,5%的中子星,会像电脑一样发生“故障”!

编辑:沫之夏 2019-08-22 01:18:00

当你的电脑出现故障时,屏幕可能会卡住几秒钟,然后迅速跳转到屏幕上进行自我修正。当中子星发生故障时,几乎会发生同样的事情——只不过,在这种情况下,屏幕是一个旋转磁场,其大小是地球磁场的3万亿倍。中子星(曾经是巨大恒星的前身,其质量约为太阳的1.5倍,形成一个直径约与曼哈顿一样长的球体)总是令人困惑。但是,大约5%的中子星被认为是“小故障”,或者在没有明显原因的情况下突然旋转得更快,然后减速到正常速度,这尤其奇怪。

是什么原因导致一些中子星每隔几年就会出现几秒钟的故障,而另一些中子星似乎从未失步?科学家们已经提出了十几个不同的模型来尝试回答这个问题,但距离达成共识还有数光年之遥。现在,发表在《自然天文学》上的一篇新研究论文重新分析了一次恒星故障,为这一现象提供了一个全新的视角——而新的方法包括soup。在研究中,科学家观察了一颗名为船帆脉冲星(Vela pulsar)的中子星。船帆脉冲星距离地球约1000光年,正常情况下每秒自转约11次。

脉冲星是一颗中子星,自转速度非常快,用地球上的射电望远镜观察时,它的磁场似乎像频闪灯一样跳动。船帆座是一颗致密的死星,以每三年左右就会发生一次故障而闻名。通过仔细分析近一次故障,天文学家发现船帆脉冲星的自旋在三个不同阶段发生了变化。首先,旋转速度慢了几秒钟,然后以指数速度加速了大约12秒,一分钟后终于回到了正常速度。这些不同的阶段表明,中子星有三个内部组成部分导致了一个小故障:

1、由晶格模式连接的刚性离子外壳

2、由自由漂浮中子组成的“汤”,形成了恒星内部的流体外壳

3、由质子、中子和可能更奇特粒子组成的超高密度内核

正常情况下,恒星的所有三层都应该以不同速度独立旋转——然而,在故障期间,不同组成可能以不同寻常的方式相互吸引。根据一种模型,当黏稠的中间层中子与移动较慢的地壳耦合时,它就开始了,将其动量向外转移,导致恒星的脉冲加快。然而,很快,恒星核心的高密度流体就会附着在中间层上,使一切再次减速。这种解释符合船帆脉冲星的小故障行为,然而,这颗恒星最初的减速阶段则是另一回事。

该研究的主要作者、澳大利亚墨尔本莫纳什大学助理讲师格雷格阿什顿(Greg Ashton)表示:船帆脉冲星的减速是“首次(出现这种现象)”,我们实际上还不知道这是为什么。这种初步的减速可能是一种触发事件,导致所有中子星出现故障;然而,由于目前没有其他数据支持这一假设,突然减速很可能只是一次性的异常现象,你甚至可以把这个发现称为一个“故障”,但还是不要把事情搞得太复杂,期待未来的更多挂测与理论研究。

博科园|文:Brandon Specktor/Live Science参考期刊《自然天文学》DOI: 10.1038/s41550-019-0844-6博科园|科学、科技、科研、科普

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