天文学家对具有里程碑意义的中子星碰撞后的X射线挥之不去感到惊讶

由两个中子星合并而成的艺术作品。

关于中子星合并的全新，最完整的从头到尾的观点重写了科学家理解这些事件的方式。

自具有里程碑意义的重力波探测到中子星合并以来已经三年了。从那天起，由马里兰大学天文学家Eleonora Troja领导的国际研究人员团队一直在持续监视随后的辐射发射，以提供有关此类事件的最完整描述。

他们的分析为X射线在模型预测它们会停止之后很长一段时间内继续从碰撞中放射出来提供了可能的解释。研究还表明，当前的中子星和紧凑体碰撞模型缺少重要的信息。该研究于2020年10月12日发表在《皇家天文学会月刊》上。

研究人员一直监视着从重力波和整个光谱中检测到的第一个（到目前为止）宇宙事件发出的辐射。在这张由银河系NGC 4993发出的影像中可以看到2017年8月17日检测到的中子星碰撞。新的分析为X射线提供了可能的解释，这些X射线在其他辐射逐渐消失并超越模型预测之后很久就继续从碰撞中辐射出来。

UMD天文学系副研究员，论文的主要作者Troja说：“我们对中子星的理解进入了一个新阶段。”“我们真的不知道从现在开始会发生什么，因为我们所有的模型都没有预测到X射线，而且我们很惊讶地看到它们在检测到碰撞事件后1000天内感到惊讶。可能要花几年的时间才能找到答案，但是我们的研究为许多可能性打开了大门。

Troja团队研究的中子星合并GW170817最早是从2017年8月17日由激光干涉仪引力波天文台及其对应的处女座探测到的引力波中识别出来的。数小时之内，世界各地的望远镜开始观察电磁辐射，包括伽马射线和爆炸所发出的光。这是天文学家第一次也是唯一一次能够观察到与重力波有关的辐射，尽管他们早就知道这种辐射会发生。迄今为止观察到的所有其他重力波均来自太弱和太远而无法从地球探测到辐射的事件。

在检测到GW170817之后的几秒钟内，科学家记录了最初的能量射流，即伽马射线爆发，然后记录了较慢的千伏新星，这是在初始射流后面爆发的气体云。千伏新星发出的光持续了大约三个星期，然后消失了。同时，在首次检测到重力波的九天后，望远镜观测到了它们之前从未见过的东西：X光片。基于已知天体物理学的科学模型预测，当中子星碰撞产生的初始射流穿过星际空间时，会产生自己的冲击波，并发出X射线，无线电波和光。这被称为余辉。但是这种余辉从未见过。在这种情况下，余辉在检测到重力波后约160天达到峰值，然后迅速消失。但是X光仍然存在。在首次检测到GW170817两年半之后，钱德拉X射线天文台最后一次对它们进行了观测。

这份新的研究论文为长寿命的X射线发射提出了一些可能的解释。一种可能性是，这些X射线代表了碰撞余辉的全新特征，而伽马射线爆发的动力学与预期有所不同。

美国太空总署戈达德太空飞行中心的研究科学家Troja说：“离我们如此近，以至可见的碰撞为我们几乎无法进入的整个过程打开了一扇窗户。“可能是我们没有将物理过程包含在模型中，因为它们在喷射形成时与我们更熟悉的早期阶段无关。”

另一个可能性是，在最初的辐射射流之后，超新星和不断膨胀的气体云可能产生了自己的冲击波，需要更长的时间才能到达地球。

UMD天文学系博士后研究员，《自然》杂志的合著者Geoffrey Ryan说：“我们看到了千变万化，因此我们知道气体云在那里，而来自它的冲击波的X射线可能正到达我们身上。”研究。“但是我们需要更多数据来了解我们是否正在看到这种情况。如果是这样，它可能会给我们提供一个新工具，这些工具是我们以前从未认识到的事件的签名。这可能有助于我们在以前的X射线记录中找到中子星碰撞。”

第三种可能性是碰撞后可能遗留了一些东西，可能是发射X射线的中子星的残留物。

研究人员需要更多的分析才能确切地确定挥之不去的X射线来自何处。2020年12月可能会有一些答案，届时望远镜将再次对准GW170817的来源。（最后一次观察是在2020年2月。）

Troja说：“这可能是历史渊源的最后一口气，或者是新故事的开始，在未来，信号将再次亮起，并且可能会持续数十年甚至几个世纪。”“无论发生什么，此事件都改变了我们对中子星合并的了解，并重写了我们的模型。”

参考：E. Troja，H.van Eerten，B.Zhang，G.Ryan，L.Piro，R.Ricci，B.O'Connor，MH Wieringa的“合并后的一千天：来自GW170817的持续X射线发射” ，SB Cenko和T. Sakamoto，2020年10月12日，《皇家天文学会月报》。
10.1093 / mnras / staa2626

UMD天文系的论文的其他作者是教师助理Brendan O'Connor和兼职副教授Stephen Cenko。

这项工作得到了美国国家航空航天局（钱德拉奖号G0920071A，NNX16AB66G，NNX17AB18G和80NSSC20K0389。），联合太空科学研究院博士后奖学金和欧盟地平线2020计划（奖号871158）的部分支持。本文的内容不一定反映这些组织的观点。