根據近日發表在《自然天文學》雜誌上的一項新研究,一種極為罕見的天體再次被發現,它在天空中位於天鵝座方向,距離地球773光年左右,之所以說它極為罕見,是因為它是一顆不是中子星的脈衝星,而這樣的天體此前只發現了一個,也就是說,在已有的觀測數據之中,這樣的天體在整個銀河系僅有兩個。下面我們來看看這具體是怎麼回事。
在1967年的時候,天文學家在狐狸座方向發現了一種前所未見的電磁脈衝信號,因為它的周期非常有規律,剛開始的時候,人們對此感到困惑,甚至還有人猜測,這種奇特的信號可能是來自某個外星文明。
不過經過天文學家們的仔細研究之後才發現,這種信號其實是來自一顆正在快速自轉的中子星,它的磁場非常強大,可以從兩個磁極發出強大電磁輻射束,這些輻射束隨著脈衝星的旋轉而掃過空間,並以特定的周期指向地球,於是我們就觀測到了非常有規律的電磁脈衝信號。
這種天體後來就被稱為脈衝星,在接下來的時間裡,天文學家又陸續發現了其他的脈衝星,迄今為止,銀河系中已知的脈衝星已經有2000顆左右,但在過去的很長一段時間裡,所有被發現的脈衝星都是中子星,所以天文學家普遍認為,脈衝星只能是中子星,原因可能是因為,只有像中子星這樣特殊的天體,才有可能產生如此強大的磁場。
然而這種認知在2016年被否定了,因為在這一年裡,天文學家發現了一顆脈衝星並不是中子星,而是一顆白矮星,這顆名為「AR Scorpii」的白矮星在天空中位於天蠍座的方向,距離地球大約380光年,大約每1.97分鐘旋轉一周,它與另一顆紅矮星組成了一個雙星系統,大約每1.97分鐘旋轉一周。
不過「AR Scorpii」的電磁輻射束並沒有掃過地球所在的位置,我們之所以能夠發現它,其實是因為「AR Scorpii」強大的電磁輻射束會有規律地轟擊它的伴星,進而導致它的伴星會在光學、紫外線、X射線、射電等多個波段上出現周期性的變亮。
隨後天文學家將這樣的天體稱為「白矮脈衝星」,而此次研究發現的,正是一顆「白矮脈衝星」,天文學家將它命名為「J1912-4410」,其質量約為太陽的0.8倍,表面溫度約為1.28萬攝氏度,自轉周期約為5.3分鐘。
與「AR Scorpii」一樣,「J1912-4410」也是屬於一個雙星系統,並且它的伴星也是一顆紅矮星,在它旋轉的過程中,就會產生與「AR Scorpii」同樣的現象,即:它的伴星會在多個波段上出現有規律地變亮。
關於脈衝星的形成,通常的解釋是,當一顆大質量恆星(太陽質量的8倍以上)耗盡了核心的「燃料」,就會坍縮並爆發成超新星,超新星爆發會把恆星的外層物質拋向外空間,而其核心則會繼續坍縮,直到原子核被壓碎成中子,並以「中子簡併壓」抵擋自身的重力,這樣就形成了一顆中子星。
一顆中子星的質量至少是太陽質量的1.44倍以上,但其半徑卻只有十幾公里,在中子星形成之後,會繼承其「前身」的自轉角動量和磁場,而由於它的半徑大輻度變小,所以它的自轉速度和磁場強度都會急劇增加,如果中子星磁場足夠強,那麼它就會演化成一顆脈衝星。
中子星的密度極高,可以高達10億噸/立方厘米(甚至更高),所以這種緻密的天體能夠演化出強大的磁場是可以理解的。
然而與中子星相比,白矮星的密度就要低得多了,具體差多少呢?這樣說吧,如果把太陽壓縮成一顆中子星密度,它的半徑就會變成連10公里都不到,而將太陽壓縮成白矮星密度,它的半徑則與地球差不多。
所以按照常理來講,白矮星的磁場應該小得多(相對於中子星),不足以使其演化成脈衝星,但「AR Scorpii」和「J1912-4410」這兩個極為罕見的天體,卻給出了否定的答案。為什麼會這樣呢?就目前的情況來看,這個問題還是一個巨大的謎團,天文學家推測,這可能是它們的伴星對其產生了某種特殊的影響。
研究人員表示,此次的發現暗示了「白矮脈衝星」在銀河系中可能並沒有想像中那麼罕見,期待在未來我們能夠發現更多的「白矮脈衝星」,進而揭開其中的奧秘。