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原文鏈接：https://www.space.com/astronomy/newly-discovered-cosmic-unicorn-is-a-spinning-dead-star-that-defies-physics-we-have-a-real-mystery-on-our-hands

編譯：雷豐圖

校對：牧夫天文校對組

后期：王啟儒

責(zé)任編輯：王啟儒

天文學(xué)家利用全球最先進(jìn)的射電望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了一顆極其罕見、奇特且獨一無二的旋轉(zhuǎn)死亡恒星，并將其命名為" 宇宙獨角獸"。這個名為CHIME J1634+44的天體所具有的獨特性質(zhì)，挑戰(zhàn)了我們目前對旋轉(zhuǎn)死亡恒星及其周圍環(huán)境的認(rèn)知。

CHIME J1634+44，又稱ILT J163430+445010（簡稱J1634+44），屬于一類名為"長周期射電暫現(xiàn)源"（Long Period Radio Transients，簡稱LPTs） 的天體。這類新發(fā)現(xiàn)的謎樣天體能夠發(fā)射重復(fù)周期在數(shù)分鐘至數(shù)小時之間的射電波爆發(fā)，其輻射間隔顯著長于標(biāo)準(zhǔn)脈沖星——后者是快速旋轉(zhuǎn)的中子星遺骸，在自轉(zhuǎn)過程中會向宇宙掃射輻射束。

然而，即便在所有奇特的LPTs中，CHIME J1634+44依然顯得卓爾不群。它不僅是迄今觀測到最明亮的LPT，同時還具有最強(qiáng)的偏振特性。更令人稱奇的是，它的輻射脈沖仿佛經(jīng)過精心編排般規(guī)律。而真正讓CHIME J1634+44獨樹一幟的是——這是天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)自轉(zhuǎn)速度在不斷加快的LPT。

CHIME J1634+44 的藝術(shù)概念圖，它是已知最明亮的LPT。

Credit: NSF/AUI/NSF NRAO/P.Vosteen

"即便在其他LPTs中，CHIME J1634+44也配得上'獨角獸'的稱號，"綠岸天文臺（GBO）詹斯基研究員、團(tuán)隊負(fù)責(zé)人董豐秋（Fengqiu Adam Dong) 在聲明中表示，"它的爆發(fā)周期要么是14分鐘，要么是841秒——但同時還存在一個4206秒（70分鐘）的次級周期，恰好是前者的五倍。我們認(rèn)為這兩個周期都真實存在，這很可能是一個由某天體環(huán)繞中子星運行組成的雙星系統(tǒng)。"

天文學(xué)家利用多臺地面觀測設(shè)備，成功捕捉到CHIME J1634+44的奇特行為。有趣的是，不同研究團(tuán)隊對這一神秘天體的本質(zhì)存在分歧：綠岸天文臺的董豐秋團(tuán)隊認(rèn)為其核心是一顆中子星殘骸，而荷蘭射電天文研究所（ASTRON）的桑妮·布洛特（Sanne Bloot）團(tuán)隊則更傾向于白矮星的解釋，并將其簡稱為J1634+44。不過，雙方都認(rèn)同一個事實：這個長周期射電暫現(xiàn)源（LPT）展現(xiàn)出的異常特性確實挑戰(zhàn)了現(xiàn)有的天體物理認(rèn)知。

立陶宛研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人馬里烏斯·馬斯科柳納斯（Marius Maskoliūnas）博士表示："這類研究工作需要極高的專業(yè)素養(yǎng)、極大的耐心，坦白說還需要一點運氣。你必須等待很長時間，直到光源星和透鏡天體完全對齊，然后還要分析海量數(shù)據(jù)。我們觀測到的恒星中，有九成都是因其他各種原因產(chǎn)生脈動，真正呈現(xiàn)微引力透鏡效應(yīng)的案例少之又少。"

天文學(xué)家透露，這次跨國合作與發(fā)現(xiàn)本身堪稱機(jī)緣巧合。一切始于華沙大學(xué)天文臺的一次學(xué)術(shù)訪問——微引力透鏡探測方法的倡導(dǎo)者武日科夫斯基（Lukasz Wyrzykowski）教授當(dāng)時提議開展波立聯(lián)合研究項目。他的構(gòu)想非常清晰：通過分析歐洲航天局蓋亞（Gaia）太空望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)校驗后輔以地面觀測進(jìn)行補(bǔ)充。而維爾紐斯大學(xué)莫萊泰天文臺的望遠(yuǎn)鏡群，正是開展此類觀測的理想設(shè)備。

一顆被物質(zhì)環(huán)繞的中子星正在爆發(fā)強(qiáng)烈輻射。

Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA)

這顆死亡恒星正在"吞噬"伴星

白矮星與中子星都是恒星耗盡核心核聚變?nèi)剂虾笮纬傻乃劳鎏祗w。當(dāng)燃料枯竭時，恒星便再也無法抵抗自身巨大的引力作用。

中子星是大質(zhì)量恒星（質(zhì)量至少為太陽的八倍）在生命終結(jié)時坍縮形成的致密星體殘骸。而質(zhì)量接近太陽的較小恒星，則會留下一種相對溫和的恒星殘骸——"白矮星"。

當(dāng)這些大質(zhì)量恒星走向死亡時，雖然大部分物質(zhì)會在超新星爆發(fā)中拋射殆盡，但其核心仍能保持1-2倍太陽質(zhì)量。這些物質(zhì)被壓縮成直徑僅約20公里的致密星體

這種坍縮還會引發(fā)另一個極端現(xiàn)象：瀕死恒星在保持角動量守恒的前提下，隨著坍縮時半徑急劇縮小，其自轉(zhuǎn)速度會大幅提升。雖然白矮星的坍縮劇烈程度相對較低，但同樣會因角動量守恒原理而導(dǎo)致自轉(zhuǎn)加速。

這個過程可以用地球上的一個經(jīng)典例子來類比：當(dāng)花樣滑冰運動員收攏手臂時，旋轉(zhuǎn)速度會明顯加快。這意味著，某些年輕中子星的自轉(zhuǎn)速度可高達(dá)每秒700轉(zhuǎn)。然而，隨著中子星和白矮星逐漸衰老，它們本應(yīng)因能量耗散而逐漸減速。正因如此，無論CHIME J1634+44的本質(zhì)究竟是什么，其自轉(zhuǎn)持續(xù)加速的現(xiàn)象都顯得極為反常。

中子星和白矮星確實存在一種在誕生后仍能加速自轉(zhuǎn)（即"自旋加速"）的機(jī)制，這取決于它們是否擁有一個近距離的伴星。

基于此，這項新研究的研究團(tuán)隊?wèi)岩蒀HIME J1634+44實際上可能由兩個天體組成，它們以緊密雙星系統(tǒng)的形式相互繞轉(zhuǎn)。荷蘭射電天文研究所的團(tuán)隊進(jìn)一步提出，這個伴星可能是另一顆恒星殘?。ㄈ绨装腔蛑凶有牵?，或者是一顆"失敗的恒星"——褐矮星（這類天體的形成過程類似恒星，但因質(zhì)量不足而未能觸發(fā)核聚變反應(yīng)，因此不能算作真正的恒星）

線偏振（上）與圓偏振（下）差異示意圖

Credit: Robert Lea (created with Canva)

當(dāng)這兩個天體相互繞轉(zhuǎn)時，它們會釋放出時空漣漪——即引力波。這種現(xiàn)象會帶走系統(tǒng)的角動量，導(dǎo)致兩個天體逐漸靠近。從觀測角度來看，這會使得雙星系統(tǒng)的軌道周期呈現(xiàn)出縮短的趨勢。天文學(xué)家此前已在白矮星雙星系統(tǒng)中觀測到這類軌道收縮現(xiàn)象

然而，CHIME J1634+44的神秘之處遠(yuǎn)不止于此。它的射電暴發(fā)竟然呈現(xiàn)出100%的圓偏振特性——這意味著從該天體逃逸的電磁波在傳播過程中呈螺旋式旋轉(zhuǎn)（就像開瓶器的運動軌跡）。

因此，從CHIME J1634+44逃逸的電磁輻射在傳播過程中呈現(xiàn)出完美的螺旋扭曲形態(tài)。這種現(xiàn)象不僅極其罕見，更重要的是，在中子星或白矮星爆發(fā)的輻射中從未被觀測到過。這表明，這顆死亡恒星產(chǎn)生的射電暴發(fā)機(jī)制，可能存在著某種獨一無二的特殊性。

更多的謎團(tuán)

更令人費解的是，這些射電脈沖總是成對出現(xiàn)，而且僅當(dāng)CHIME J1634+44雙星系統(tǒng)中的死亡恒星自轉(zhuǎn)數(shù)周卻未爆發(fā)輻射后才會產(chǎn)生。"脈沖對之間的間隔時間似乎遵循某種精心編排的模式，"荷蘭射電天文研究所的團(tuán)隊成員，天文學(xué)家哈里什·韋丹塔姆（Harish Vedantham）在聲明中表示，"我們認(rèn)為這種模式蘊(yùn)含著伴星如何觸發(fā)白矮星發(fā)射射電波的關(guān)鍵機(jī)制信息。持續(xù)監(jiān)測將有助于我們破譯這一特殊現(xiàn)象，但就目前而言，我們確實面臨著一個真正的天體物理學(xué)謎題"

天文學(xué)家的這項研究不僅揭示了宇宙中最極端的恒星天體——中子星的更多奧秘，更預(yù)示著射電天文學(xué)即將迎來一個激動人心的新紀(jì)元。董豐秋總結(jié)道："CHIME J1634+44的發(fā)現(xiàn)不僅擴(kuò)充了已知LPTs的族群，更對現(xiàn)有中子星和白矮星理論模型提出了挑戰(zhàn)，這意味著宇宙中可能還存在大量類似天體等待發(fā)現(xiàn)。"這兩支團(tuán)隊的研究成果已于7月17日（周四）發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》期刊上。

——The End——

『天文濕刻』 牧夫出品

微信公眾號：astronomycn

Credit: ESA/Hubble & NASA, C. Murray

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