磁性怪物？美国宇航局的哈勃望远镜从巨大爆炸中看到无法解释的亮度

磁力驱动的Kilonova爆炸。

在我们无限的宇宙中，恒星可以在黑夜中颠簸。当在一对称为中子星的燃尽的压碎恒星之间发生这种情况时，所产生的烟火表演（称为千新星）就无法理解。碰撞释放出的能量比我们的太阳短暂发光了1亿倍。

混搭还剩下什么？通常情况下，被压碎的物体称为黑洞。但是在这种情况下，哈勃发现了发生正面碰撞后甚至更陌生的事情的法医线索。

以前曾在其他恒星粉碎中看到过强烈的伽马射线信号引发天文学家对这一事件的泛滥。但是，哈勃的近红外视野中突然出现了一些意想不到的东西。尽管爆炸后产生的大量辐射（从X射线延伸到无线电波）看起来很典型，但红外辐射的倾泻却并非如此。它比千新星的预期亮度高10倍。没有哈勃望远镜，伽马射线爆发将像许多其他事物一样出现，科学家将不会知道奇异的红外分量。

最合理的解释是相撞的中子星合并形成了更大的中子星。这就像将两只大众甲壳虫砸在一起，然后得到一辆豪华轿车。这种新的野兽发出了强大的磁场，使其成为一种独特的物体，称为磁星。磁石将能量沉积到喷射出的材料中，使其在红外光下的发光甚至比预期的还要明亮。（如果磁石在地球100,000英里范围内飞行，那么它的强磁场将擦除地球上每张信用卡上的数据！）

此图显示了由两个中子星合并产生的千光新星发出的辉光。最高新星的峰值亮度达到经典新星峰值亮度的10,000倍，在其主星系的左上方显示为亮点（由箭头指示）。据信中子星的合并产生了一个磁极，该磁极具有非常强大的磁场。那个磁石产生的能量使爆炸弹射出的物质变亮了。

很久以前，在整个宇宙中，巨大的伽马射线爆发在半秒钟内释放出的能量比太阳在其整个一百亿年的生命中所产生的能量还要多。2020年5月，闪光灯​​发出的光终于到达了地球，并首次被NASA的尼尔·盖勒斯·斯威夫特天文台发现。科学家迅速加入了其他望远镜，包括NASA的哈勃太空望远镜，超大型阵列射电天文台，W。M. Keck天文台和Las Cumbres天文台全球望远镜网络，以研究爆炸的余波和主星系。正是哈勃带来了惊喜。

根据其他天文台的X射线和无线电观测结果，天文学家对哈勃望远镜所见所闻感到困惑：近红外发射的亮度比预期的高10倍。这些结果对短伽玛射线爆发后发生的情况的传统理论提出了挑战。一种可能是，观测结果可能指向了一个巨大的，高度磁化的中子星的诞生，这种中子星被称为磁星。

伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的研究负责人方文辉说：“这些观察结果不符合传统的关于短伽玛射线暴的解释。”“鉴于我们对这次爆炸所了解的无线电和X射线的了解，它根本不匹配。我们在哈勃望远镜上发现的近红外光太亮了。就试图将这种伽马射线爆炸的拼图碎片装配在一起而言，一个拼图碎片无法正确安装。”

没有哈勃望远镜，伽马射线爆发将像许多其他事物一样出现，而方和她的团队将不会知道奇异的红外行为。方说：“令我惊讶的是，在研究了10年后，我们发现了这种现象，这是史无前例的。”“它只是揭示了宇宙能够产生的爆炸的震撼力，这非常令人兴奋。”

梦幻般的光

来自这些爆发的伽玛射线强烈闪光似乎来自与速度非常接近的物质射流。射流的质量并不高（可能是太阳质量的百万分之一），但是由于它们的移动速度如此之快，它们会在所有波长的光中释放出巨大的能量。这种特殊的伽马射线爆发是科学家能够在整个电磁光谱中检测到光的罕见情况之一。

此图显示了形成磁动力千伏新星的顺序，其峰值亮度高达经典新星的10,000倍。1）两个绕轨道运行的中子星越来越近地螺旋在一起。2）它们碰撞并合并，引发爆炸，在半秒钟内释放出比太阳在其整个百亿年寿命中所产生的能量还要多的能量。3）合并形成了一个更大的中子星，称为磁星，它具有异常强大的磁场。4）磁星将能量沉积到喷射出的物质中，使其在红外波长下发出意想不到的亮光。

这项研究的联合研究员，英国巴斯大学的Tanmoy Laskar说：“随着数据的进入，我们正在形成产生所见光的机理的图片。”“当我们获得哈勃观测数据时，我们必须彻底改变我们的思维过程，因为哈勃添加的信息使我们意识到我们必须抛弃传统思维，并且正在发生一种新现象。然后，我们必须指出这对于这些极具活力的爆炸背后的物理学意味着什么。”

伽玛射线爆发是已知的最活跃，最具爆炸性的事件，它活得快而死不易死。根据其伽马射线的持续时间将它们分为两类。

如果伽马射线发射时间大于2秒，则称为长伽马射线暴。众所周知，该事件直接是由一颗巨大恒星的核心坍塌造成的。科学家预计超新星会伴随这种更长的爆发类型。

如果伽马射线的发射持续不到两秒钟，则认为是短时爆发。人们认为这是由两个中子星合并而成的，这两个中子星是围绕太阳质量压缩到一个城市体积中的极其密集的物体。一个中子星是如此之密，以至于在地球上，一茶匙的卫星将重达十亿吨！通常认为两个中子星合并会产生黑洞。

这两张于2020年5月26日至7月16日拍摄的图像显示了位于遥远星系中的一颗新星的衰落光。千禧年星体出现在宿主星系左上角。发光效果在5月26日的图像中很明显，但在7月16日的图像中则逐渐消失。超新星的峰值亮度高达经典新星的10,000倍。据信，两个中子星的合并（即千伏新星的来源）产生了一个磁场，该磁场具有非常强大的磁场。磁石产生的能量使爆炸弹射出的物质变亮，使其在红外波长的光下变得异常明亮。

中子星合并很少见，但极为重要，因为科学家认为它们是宇宙中重元素（如金和铀）的主要来源之一。

伴随着短暂的伽马射线爆发，科学家们期望看到“ kilonova”，其峰值亮度通常达到经典新星的1000倍。基洛瓦星是重元素放射性衰变产生的光学和红外辉光，是两个中子星合并或一个小黑洞的中子星合并所独有的。

磁性怪物？

方和她的团队讨论了几种解释哈勃所见异常亮度的可能性。尽管大多数短时间的伽马射线爆发可能会导致黑洞，但在这种情况下合并的两个中子星可能会合并形成一个磁场，即一个磁场非常强的中子星磁星。

Laskar解释说：“基本上，这些磁场线固定在恒星上，每秒大约旋转一千次，这会产生磁化的风。”“这些自旋场线提取了合并过程中形成的中子星的旋转能量，并将该能量从爆炸中沉积到喷射器中，使物质发光得更加明亮。”

该动画显示了形成磁动力千伏新星的过程，其峰值亮度高达经典新星的10,000倍。在此序列中，两个轨道中子星在碰撞和合并之前越来越近地螺旋在一起。这会引发爆炸，在半秒钟内释放出比太阳在整个100亿年寿命中所产生的能量还要多的能量。合并形成了一个更大质量的中子星，称为磁星，它具有异常强大的磁场。磁石将能量沉积到喷射的材料中，使其在红外波长下发出意想不到的亮光。

如果额外的亮度来自于将能量存储到千瓦新材料中的磁石，那么在几年之内，该研究小组预计爆炸产生的弹射体会产生以无线电波长显示的光。后续的无线电观测可能最终证明这是一个磁星，这可以解释此类物体的起源。

Fong解释说：“由于在近红外波长处具有惊人的灵敏度，Hubble确实通过这次爆炸完成了交易。”“令人惊讶的是，哈勃爆炸后仅三天就能够拍摄图像。通过一系列后来的图像，哈勃发现爆炸发生后，一个光源逐渐消失了。这与保持不变的静态源相反。通过这些观察，我们知道我们不仅获取了原始信息，而且还发现了一些非常明亮和非常不寻常的东西。哈勃的角分辨率也是确定爆发位置并精确测量合并产生的光线的关键。”

美国宇航局即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜特别适合这种观测。“韦伯将彻底改变对类似事件的研究，”马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的Edo Berger说，他也是哈勃计划的首席研究员。“凭借其令人难以置信的红外灵敏度，它不仅可以检测到更大距离的此类辐射，而且还将提供详细的光谱信息，从而解决红外辐射的本质。”

研究小组的发现发表在即将出版的《天体物理学杂志》上。

哈勃太空望远镜是美国宇航局与欧洲航天局（ESA）之间国际合作的项目。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃望远镜的科学运作。STScI由位于华盛顿特区的天文研究大学协会为NASA运营。