超磁星猛烈爆發,0.1秒釋放能量,就相當于太陽燃燒10萬年

天空之城 2022/06/04 檢舉 我要評論

恒星是「點亮」宇宙黑暗空間的「明燈」,它們以其內部無時無刻不在發生的核聚變,在積累更多、更重物質的同時,向四外散發出巨大能量,驅動著宇宙的演化和生命的孕育發展。可以說,恒星是宇宙中最為重要的一類天體,同時也是宇宙中最為常見、數量最多的天體之一。拿銀河系來說,以現有監測到的恒星數量、分布密度來測算的話,科學家們判斷起碼達到千億顆的級別。

恒星的誕生

恒星在誕生過程中,由于周圍空間中星際氣體和星際塵埃數量的多少、密度的大小不同,造成了在引力作用下聚合而成的恒星大小產生非常明顯的差別。周圍星際物質越多,最終形成的恒星質量一般就會越大,那麼內部的壓力和溫度就會越高,核聚變發生的強度就會越大,對外釋放的能量也就越多,相應地恒星的壽命也就越短。

恒星的分類

截至目前,科學家們通過長期的觀測,將宇宙中現有恒星進行了劃分。從恒星的大小來看,從小到大依次為矮星、巨星和超巨星,這是一個比較籠統的劃分方法。目前應用最多的劃分方案,則是基于恒星發射出來的光譜特征,基于此分析測算出恒星表面的溫度,從直觀上對應的就是我們觀察出恒星展現出來的「顏色」和亮度,從暗到亮可以依次劃分為黑矮星(目前僅在理論上存在、還沒有觀測到)、紅矮星、黃矮星、白矮星,另外再結合巨星的分類,恒星陣營中還包含紅巨星、藍巨星、紅超巨星。

值得一提的是,在這個劃分標準中,沒有我們時常聽說的「褐矮星」,之所以這樣,是因為褐矮星內部的溫度和壓力環境,不足以支持穩定持續的核聚變需求,雖然也向外散發熱量,只不過是在積聚物質的過程中,星際物質相互碰撞和擠壓的結果,由于達不到核聚變的反應條件,因此最終沒有形成恒星,所以褐矮星也被稱為「失敗的恒星」。

當然,如果考慮到恒星的演化整體過程,在大質量恒星進入生命末期之后,會發生大規模、非常明顯的向外膨脹過程,這個過程形成的恒星就變成了「巨星」狀態。

而在膨脹階段結束以后,如果恒星質量超過一定限度,那麼就會形成超新星這一短暫的狀態,繼而引發超新星爆發,其中一部分恒星經歷爆發之后,殘留的內核會繼續發生坍縮,最終形成中子星,質量更大的恒星,最終會演化為黑洞。由于中子星仍然向外釋放光和熱,所以也可以將它稱之為恒星演化的一種類型,而黑洞則最終脫離恒星的陣營,成為宇宙中最為恐怖的天體。

中子星的形成

在中子星的形成過程中,原本恒星內部的原子在超高壓力的作用下,會被壓進原子核中,與質子結合形成「純粹」的中子,在此期間,一方面恒星殘留物質都被壓得非常「致密」,平均每立方厘米重達1億噸以上,半徑10公里左右的中子星,其質量就能與太陽相「媲美」,正因為中子星的密度非常之高,在沒有達到繼續坍縮到黑洞這個條件之下,它們的個頭都不大,通常都在10-20公里之間。一般恒星的質量達到太陽質量的1.44倍以上、3.2倍以下,有可能會在生命周期的末期演化為中子星。

另一方面,中子星內部由于強大的「擠壓力」存在,形成了它們強勁的旋轉狀態以及強大的磁場環境。一般的中子星表面,其磁場強度能達到10000億高斯,相比之下地球的平均磁場強度僅為0.7高斯,這是多麼大的差距。在中子星的陣營中,有一類表面的磁場更為強大,平均磁場強度可以達到一般中子星的1000倍以上,這類中子星科學家們稱之為「磁星」,這類星體是目前發現到的整個宇宙中磁性最強的天體。

由于中子星的磁場來源于它們的極冠區,當帶電粒子流順著開放的磁力線運動時,會向外隨時輻射能量。而隨著星體本身的自轉,輻射帶在宇宙空間中的方向也會發生偏轉,當掃到地球時就能夠被天文觀測設備捕捉到,就像以「脈沖」的形式體現出來一樣,呈現周期性的特征。不過,這是以地球的角度出發得出的「表象」,實質上帶電粒子流的輻射是每時每刻都在發生的,強度也相差不大,是由于中子星的自轉引發的觀測「視覺錯覺」而已,科學家們按照通俗形象的理解,也將這些中子星稱為「脈沖星」。

磁星猛烈爆發

當然,磁星也是「脈沖星」中的一員。和太陽這類恒星一樣,磁星的表面也會時不時發生著非常強烈的耀斑噴發,將大量帶電粒子流噴向宇宙空間中,在此過程中,如果正好被地球的觀測設備捕捉到,我們就可以看到磁星的亮度瞬間增加非常快,程度也非常大,通常情況下亮度會提升1000倍以上。不過,磁星的這種耀斑爆發,根本沒有什麼規律可循,幾乎是不可預測的,而且它們距離地球普遍都非常遠,科學家們很難監測到,也開展不了更加深入的研究。

這種極小的幾率,被國際空間站上的大氣-空間相互作用監測儀 (ASIM) 儀器恰巧捕捉到了,在2020年4月15日,這個儀器利用人工智能程序,自主搜索檢測到了來自遙遠星空發出的超強能量,經過測算分析和對已經確認的恒星特征進行對比,研究人員發現這一信號來自于目前已知的3000顆中子星中,更確切地說,是來自于這3000顆中子星中一顆被使命名為GRB2001415的磁星。

從監測數據看,儀器僅在0.1秒的時間內,發現了劇烈的能量激增現象,而后又快速衰減,以至于無法與背景的「噪聲」干擾區分開來。科學家們花費了1年半的時間,對儀器監測到的這種罕見情況進行了認真、深入的研究和分析,來準確判斷磁星能量脈沖在其峰值時引起的磁場變化規律,通過模型演算,這顆磁星在極短的時間內所釋放的能量,相當于太陽連續10萬年所釋放的能量總和。從這個預測可以看出,宇宙中的磁星是多麼神奇、壯觀和恐怖的存在,它所蘊含的能量起碼要相當于10億個太陽。

目前,關于這顆磁星為什麼會產生如此強烈的耀斑爆發,科學家們正在深入進行研究,初步的猜測結果是這顆磁星發生了劇烈的「星震」現象,在某些區域破壞了它的外層結構,磁場分布和磁場強度在瞬間發生了紊亂所致。有關中子星、磁星的奧秘,目前人類還知之甚少,它們時刻向外釋放著強大的能量,就像「宇宙廣播」一樣宣示它的存在,就看我們有沒有能力、有沒有技術去探索它們、去了解它們了。

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