科學家從中子星合并中發現致密物質噴射流

　　 在天文學里，GW170817是劃時代的里程碑事件。

　　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”（LIGO）和歐洲“處女座”（VIRGO）引力波探測器共同探測到了兩顆超密度中子星合并引起的微弱時空漣漪。

　　時隔一年半，2月22日凌晨，意大利國家核物理研究院聯合中科院紫金山天文臺、中科院新疆天文臺等研究機構在《科學》發表研究稱，他們利用全球射電望遠鏡網絡，探測到雙中子星合并事件GW170817產生了一種致密物質噴射流，這是一股以接近光速膨脹的物質射流。

　　中子星合并震驚世界

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

　　當恒星的演化進入末期，由于引力壓縮，恒星會發生超新星爆炸，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，是目前已觀測的除黑洞外密度最大的星體。此外，中子星的溫度極高、壓強和磁場強大，其所具有的能量非常驚人。

　　一個多世紀以前，愛因斯坦曾預測引力波的存在，而GW170817是科學家第五次直接檢測到引力波，也是第一次偵測到發射引力波的中子星合并事件，并確認中子星合并確實會發生。

　　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《中國科學報》采訪時表示：“GW170817是首次被偵測到發射引力波與電磁輻射的天文事件。但事件發生200天后，我們仍無法判斷這次合并是產生了一種相對射流，還是更像一種球形爆炸。”

　　神秘的“余輝”

　　有科學家認為，中子星合并產生強烈爆炸，將一層物質拋向了太空。在這個殼層結構中，合并的中子星形成了一個黑洞，并開始吞噬大量的氣體和灰塵。這些物質在黑洞周圍形成一個快速旋轉的盤狀結構，不久之后，這種黑洞盤狀結構的兩極區域開始噴發物質流。

　　目前，尚不清楚噴射流是否會沖破最初爆炸形成的殘骸殼，但2018年《自然》發表的一篇文章稱，研究人員的觀測結果表明，在探測到GW170817事件之后的第75天和第230天，的確發生了這種現象。

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

　　最初幾天的數據表明，它是由千倍新星（kilonova）產生的，千倍新星是在雙中子星合并期間和合并后，發生的一種由放射性衰變產生的噴放。“在探測到此噴放后的幾周內，我們發現X射線和無線電輻射不斷增加，且持續了數月。”Ghirlanda說。

　　這些長時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，由于之前的數據無法確定發射源的大小，這種“余輝”發射是如何產生的并不可知。

　　擴張速度接近光速

　　研究人員推測“余輝”發射可能是由狹窄的相對噴射流或各向同性流產生。

　　Ghirlanda和同事們結合了分布在五大洲的32臺射電望遠鏡陣列，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量技術（VLBI），利用地球自轉，將32臺射電望遠鏡一天的觀測結果結合起來，來限制“余輝”發射源的角度大小。

　　結果表明，射電源的大小和位置與先前提出的設想模型不符。觀測數據顯示，GW170817產生了一種結構噴射流，其擴張速度幾乎和光速一樣快，能夠穿透合并后的周圍噴射物，進入更遠的星際空間。

　　據論文共同第一/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發射源細節的有效方法。這張全球VLBI觀測的圖像顯示，中子星合并后產生的發射源非常致密。“對圖像進行研究發現，我們探測到的輻射來自噴射流在星際介質中膨脹所產生的沖擊波。”Salafia說。

　　研究人員表示，下一步他們會對即將探測到的中子星合并進行類似的觀測。Salafia告訴《中國科學報》：“下一次觀測將于4月份開始，我們可能會再次發現令人興奮的新東西。”