在天文學(xué)里，GW170817是劃時(shí)代的里程碑事件。

2017年8月17日，在距離地球1.3億光年的星系中，美國“激光干涉引力波天文臺(tái)”(LIGO)和歐洲“處女座”(VIRGO)引力波探測(cè)器共同探測(cè)到了兩顆超密度中子星合并引起的微弱時(shí)空漣漪。

時(shí)隔一年半，2月22日凌晨，意大利國家核物理研究院聯(lián)合中科院紫金山天文臺(tái)、中科院新疆天文臺(tái)等研究機(jī)構(gòu)在《科學(xué)》發(fā)表研究稱，他們利用全球射電望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，探測(cè)到雙中子星合并事件GW170817產(chǎn)生了一種致密物質(zhì)噴射流，這是一股以接近光速膨脹的物質(zhì)射流。

中子星合并震驚世界

在浩瀚的宇宙中，有著無數(shù)的天體。其中，中子星是由太陽質(zhì)量8～30倍的恒星演化而來。

當(dāng)恒星的演化進(jìn)入末期，由于引力壓縮，恒星會(huì)發(fā)生超新星爆炸，形成中子星。因此，一般來說中子星的體積非常小，直徑約為2000米。但中子星的密度卻非常大，每立方厘米重1億噸以上，是目前已觀測(cè)的除黑洞外密度最大的星體。此外，中子星的溫度極高、壓強(qiáng)和磁場(chǎng)強(qiáng)大，其所具有的能量非常驚人。

一個(gè)多世紀(jì)以前，愛因斯坦曾預(yù)測(cè)引力波的存在，而GW170817是科學(xué)家第五次直接檢測(cè)到引力波，也是第一次偵測(cè)到發(fā)射引力波的中子星合并事件，并確認(rèn)中子星合并確實(shí)會(huì)發(fā)生。

論文共同第一/通訊作者、意大利國家核物理研究院教授Giancarlo Ghirlanda在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示：“GW170817是首次被偵測(cè)到發(fā)射引力波與電磁輻射的天文事件。但事件發(fā)生200天后，我們?nèi)詿o法判斷這次合并是產(chǎn)生了一種相對(duì)射流，還是更像一種球形爆炸。”

神秘的“余輝”

有科學(xué)家認(rèn)為，中子星合并產(chǎn)生強(qiáng)烈爆炸，將一層物質(zhì)拋向了太空。在這個(gè)殼層結(jié)構(gòu)中，合并的中子星形成了一個(gè)黑洞，并開始吞噬大量的氣體和灰塵。這些物質(zhì)在黑洞周圍形成一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的盤狀結(jié)構(gòu)，不久之后，這種黑洞盤狀結(jié)構(gòu)的兩極區(qū)域開始噴發(fā)物質(zhì)流。

目前，尚不清楚噴射流是否會(huì)沖破最初爆炸形成的殘骸殼，但2018年《自然》發(fā)表的一篇文章稱，研究人員的觀測(cè)結(jié)果表明，在探測(cè)到GW170817事件之后的第75天和第230天，的確發(fā)生了這種現(xiàn)象。

就在GW170817事件之后的第207.4天，Ghirlanda等人探測(cè)到了一種致密物質(zhì)噴射流。

最初幾天的數(shù)據(jù)表明，它是由千倍新星(kilonova)產(chǎn)生的，千倍新星是在雙中子星合并期間和合并后，發(fā)生的一種由放射性衰變產(chǎn)生的噴放。“在探測(cè)到此噴放后的幾周內(nèi)，我們發(fā)現(xiàn)X射線和無線電輻射不斷增加，且持續(xù)了數(shù)月。”Ghirlanda說。

這些長時(shí)間的噴放被解釋為中子星合并后的“余輝”，并且暗示了膨脹的噴射物質(zhì)與周圍星際氣體的相互作用。然而，研究人員表示，由于之前的數(shù)據(jù)無法確定發(fā)射源的大小，這種“余輝”發(fā)射是如何產(chǎn)生的并不可知。

擴(kuò)張速度接近光速

研究人員推測(cè)“余輝”發(fā)射可能是由狹窄的相對(duì)噴射流或各向同性流產(chǎn)生。

Ghirlanda和同事們結(jié)合了分布在五大洲的32臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡陣列，觀察了雙中子星合并后第207.4天的射電余輝。他們采用甚長基線干涉測(cè)量技術(shù)(VLBI)，利用地球自轉(zhuǎn)，將32臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡一天的觀測(cè)結(jié)果結(jié)合起來，來限制“余輝”發(fā)射源的角度大小。

結(jié)果表明，射電源的大小和位置與先前提出的設(shè)想模型不符。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，GW170817產(chǎn)生了一種結(jié)構(gòu)噴射流，其擴(kuò)張速度幾乎和光速一樣快，能夠穿透合并后的周圍噴射物，進(jìn)入更遠(yuǎn)的星際空間。

據(jù)論文共同第一/通訊作者、意大利國家核物理研究院教授Om Sharan Salafia介紹，無線電波成像是觀測(cè)發(fā)射源細(xì)節(jié)的有效方法。這張全球VLBI觀測(cè)的圖像顯示，中子星合并后產(chǎn)生的發(fā)射源非常致密。“對(duì)圖像進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，我們探測(cè)到的輻射來自噴射流在星際介質(zhì)中膨脹所產(chǎn)生的沖擊波。”Salafia說。

研究人員表示，下一步他們會(huì)對(duì)即將探測(cè)到的中子星合并進(jìn)行類似的觀測(cè)。Salafia告訴《中國科學(xué)報(bào)》：“下一次觀測(cè)將于4月份開始，我們可能會(huì)再次發(fā)現(xiàn)令人興奮的新東西。”(辛雨 程唯珈)

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