放射性“千倍新星”光芒表明中子星快速旋轉延遲坍縮到黑洞中
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放射性“千倍新星”光芒表明中子星快速旋轉延遲坍縮到黑洞中
（神秘的千倍新星地球uux.cn報道）據cnBeta：當兩顆中子星相互旋轉并合并形成一個黑洞時--2017年全世界的引力波探測器和望遠鏡都記錄了這一事件--它是否立即成為一個黑洞？還是需要一段時間來旋轉下來，然后在引力作用下坍縮過事件視界，放射成為一個黑洞？性光星快由錢德拉X射線天文臺（一個軌道上的望遠鏡）對2017年的那次合并進行的觀察表明，答案是芒表明中后者：合并后的天體在經歷最終坍縮之前，可能只停留了一瞬間。速旋縮
在這個藝術家的轉延中想象作品中，兩顆中子星合并形成了一個黑洞（隱藏在圖像中心的遲坍明亮隆起中），產生了對立的黑洞高能量粒子噴流（藍色），加熱了恒星周圍的千倍新星物質，使其發出X射線（紅色云層）。放射錢德拉X射線天文臺今天仍在探測來自該事件的性光星快X射線。它們可能是芒表明中由黑洞周圍物質的沖擊波產生的，或者是速旋縮由猛烈墜入黑洞的物質產生的（中心隆起周圍的淡黃色圓盤）。
證據是轉延中合并后的X射線余輝，被稱為GW170817，遲坍如果合并后的中子星立即坍縮成黑洞，這是不可能出現的。余輝可以解釋為合并后的中子星上的物質反彈，它穿過并加熱了雙中子星周圍的物質。在合并后的四年多時間里，這種熱的物質使殘余物穩定地發光，這就是所謂的“千倍新星”（kilonova）。錢德拉在合并后不久就檢測到的來自物質噴流的X射線發射，隨后它就開始變暗。
雖然錢德拉觀測到的多余的X射線發射可能來自于吸積盤中的碎片，這些碎片圍繞著黑洞旋轉并最終落入黑洞，但加州大學伯克利分校的天體物理學家Raffaella Margutti傾向于延遲坍縮假說，這在理論上是可以預測的。
加州大學伯克利分校天文學和物理學副教授Margutti說："如果合并的中子星直接坍縮成一個黑洞，沒有中間階段，就很難解釋我們現在看到的這種X射線過量，因為沒有堅硬的表面讓東西反彈并以高速飛出以產生這種余輝。我們看到的可能不僅僅是噴流。我們可能最終得到一些關于新的緊湊物體的信息。"
Margutti和她的同事，包括第一作者Aprajita Hajela，她是Margutti在轉到加州大學伯克利分校之前在西北大學時的研究生，在最近接受發表在《天體物理學雜志》上的一篇論文中報告了他們對X射線余輝的分析。
2017年8月17日，高級激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）和處女座合作組織首次探測到來自合并的引力波。衛星和地面望遠鏡迅速跟進，記錄了一陣伽馬射線以及可見光和紅外線發射，共同證實了這樣的理論：許多重元素在這種合并后的熱噴出物內產生，產生明亮的“千倍新星”光芒。發亮的原因是在放射性元素（如鉑和金）衰變過程中發出的光，這些放射性元素在合并后的碎片中產生。
錢德拉也轉向觀察GW170817，但直到9天后才看到X射線，這表明合并也產生了一個狹窄的物質噴流，在與中子星周圍的物質碰撞后，發出了一個錐形的X射線，最初與地球失之交臂。只是后來射流的頭部擴大了，開始在地球上可見的更寬的射流中發射X射線。
在合并后的160天里，噴流的X射線發射不斷增加，之后隨著噴流的減速和擴張，它們逐漸變暗。但是Hajela和她的團隊注意到，從2020年3月--合并后約900天--直到2020年底，這種下降停止了，X射線發射的亮度保持大致不變。
Margutti說："X射線迅速停止衰減的事實是我們最好的證據，表明在這個來源的X射線中，除了噴流之外，還有其他東西被探測到。似乎需要一個完全不同的X射線源來解釋我們所看到的情況。"
研究人員認為多余的X射線是由一個不同于合并產生的噴發沖擊波產生的。這個沖擊波是合并后的中子星延遲坍縮的結果，可能是因為它的快速旋轉非常短暫地抵消了引力坍縮的影響。通過多停留的短暫時刻，中子星周圍的物質得到了額外的反彈，產生了一個非常快速的“千倍新星”光芒噴出物的尾巴，從而產生了沖擊。
Margutti說："我們認為余輝發射是由環狀介質中的受沖擊物質產生的。這是兩個中子星環境中的物質，它們被千倍新星噴出物的最快邊緣沖擊和加熱，從而推動了沖擊波。"
兩顆中子星的合并產生了一個黑洞（中心，白色）和一陣由狹窄的噴流或高能粒子束產生的伽馬射線，用紅色描述。起初噴流很窄令錢德拉無法探測到，但隨著時間的推移，噴流中的物質放慢并擴大（藍色），因為它撞上了周圍的物質，導致X射線發射上升，因為噴流進入了錢德拉的直接視野。這個噴流及其相反方向的對應物可能是由黑洞形成后落到黑洞上的物質產生的。
這些輻射現在才到達我們這里，因為沉重的千倍新星噴出物在低密度環境中被減速，噴出物的動能通過沖擊轉化為熱量，這需要時間。這是產生射流和X射線的相同過程，但由于射流要輕得多，它立即被環境減速，并從最早的時候就在X射線和無線電中閃耀。
研究人員指出，另一種解釋是，X射線來自于中子星合并后形成的落向黑洞的物質。
共同作者、加州大學伯克利分校博士后研究員喬-布萊特說："這要么是我們第一次看到千倍新星的余輝，要么是我們第一次看到物質在中子星合并后落入黑洞。無論哪種結果都將是非常令人興奮的。"
錢德拉現在是唯一一個仍然能夠探測到這種宇宙碰撞的光的天文臺。然而，錢德拉和射電望遠鏡的后續觀測可以區分出不同的解釋。如果它是一個千倍新星余輝，預計在未來幾個月或幾年內會再次探測到無線電發射。如果X射線是由落在新形成的黑洞上的物質產生的，那么X射線的輸出應該保持穩定或迅速下降，并且隨著時間的推移不會檢測到無線電發射。
Margutti希望LIGO、Virgo和其他望遠鏡能夠從更多的中子星合并中捕捉到引力波和電磁波，這樣就可以更精確地確定合并前后的一系列事件，并幫助揭示黑洞形成的物理過程。在此之前，GW170817是唯一可供研究的例子。
"對GW170817的進一步研究可能具有深遠的影響，"共同作者凱特-亞歷山大說，他是一名博士后研究員，也來自西北大學。"對千禧年余輝的探測將意味著合并并沒有立即產生一個黑洞。另外，這個物體可能為天文學家提供一個機會，研究物質是如何在黑洞誕生幾年后落到它身上的。"
Margutti和她的團隊最近宣布，錢德拉望遠鏡在2021年12月對GW170817進行的觀測中發現了X射線。對該數據的分析正在進行中。目前還沒有報道與X射線相關的無線電探測。