探索宇宙奧秘 · 理性思考

2400萬(wàn)光年外的鯨魚星系，一個(gè)編號(hào)X-8的神秘天體，正在貪婪地吞噬著伴星的物質(zhì)。它釋放的X射線能量，相當(dāng)于一百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)的總和。這并非黑洞，而是一顆已經(jīng)死亡的恒星殘骸——中子星。

要理解這個(gè)發(fā)現(xiàn)有多酷，我們先得明白什么是超亮X射線源。宇宙中的天體發(fā)光，其亮度是有理論上限的，這就是愛丁頓極限。

一旦天體吸積物質(zhì)的速度過快，其產(chǎn)生的輻射壓力會(huì)把周圍物質(zhì)推開，強(qiáng)行阻止自己繼續(xù)“進(jìn)食”。超亮X射線源的光度，卻遠(yuǎn)超這個(gè)極限。它們就像一群打破了物理常規(guī)的“貪吃鬼”。

2014年，科學(xué)家在M82星系發(fā)現(xiàn)首個(gè)能發(fā)射周期性X射線脈沖的超亮源，即M82 X-2。這個(gè)發(fā)現(xiàn)震驚學(xué)界。它證明，這些“貪吃鬼”的中心引擎并非黑洞，而是擁有固態(tài)表面和極強(qiáng)磁場(chǎng)的中子星，即超亮X射線脈沖星。

鯨魚星系X-8正是這個(gè)家族的新成員。它以約9.66秒的周期旋轉(zhuǎn)，并且正在以驚人的速度被加速，自轉(zhuǎn)加快的速率在同類中名列前茅。

這顆中子星的磁場(chǎng)有多強(qiáng)？研究顯示，其表面偶極磁場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)驚人的30萬(wàn)億到200萬(wàn)億高斯。做個(gè)對(duì)比，地球磁場(chǎng)僅約0.5高斯，太陽(yáng)黑子也才幾千高斯。

如此強(qiáng)大的磁場(chǎng)，是它能夠突破愛丁頓極限的關(guān)鍵。強(qiáng)磁場(chǎng)能改變周圍電子的散射截面，就像給物質(zhì)下落開辟了一條特殊通道，讓它們能更高效地砸向中子星表面。

研究預(yù)測(cè)，大約一百萬(wàn)年后，當(dāng)它的伴星物質(zhì)被吸積殆盡，其表面磁場(chǎng)將衰減到僅剩10億高斯左右。屆時(shí)，這顆如今耀眼的脈沖星將停止狂吃，轉(zhuǎn)速會(huì)因物質(zhì)角動(dòng)量的注入而被提升到毫秒級(jí)別。

它將從一個(gè)狂躁的“青年”，蛻變?yōu)橐幻练€(wěn)的“長(zhǎng)者”——毫秒脈沖星，成為宇宙中最穩(wěn)定的時(shí)鐘。

研究人員繪制了X-8在“磁場(chǎng)強(qiáng)度-自轉(zhuǎn)周期”圖上的演化路徑。這條路徑非常有啟發(fā)性。

它首先穿過磁陀星的領(lǐng)地。磁陀星是磁場(chǎng)極強(qiáng)的中子星，X-8的磁場(chǎng)與之相當(dāng)。但它是個(gè)“異類”，因?yàn)樗€在吸積物質(zhì)。接著，路徑穿過普通X射線雙星脈沖星的區(qū)域。 最終，在吸積階段結(jié)束后，它穩(wěn)穩(wěn)落在毫秒脈沖星的家庭合影中。

這個(gè)演化圖景，將超亮X射線脈沖星與年老、快速旋轉(zhuǎn)的毫秒脈沖星聯(lián)系起來。它為“吸積致磁場(chǎng)衰減”理論提供了有力的觀測(cè)支持。

換句話說，我們今天看到的某些毫秒脈沖星，它們的“前身”很可能就是像X-8這樣的“貪吃鬼”。

慧眼衛(wèi)星立下汗馬功勞。2017年，銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了唯一一顆超亮X射線脈沖星Swift J0243.6+6124。中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)利用慧眼衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，探測(cè)到其超過20萬(wàn)電子伏特的脈沖輻射。這是迄今為止在同類天體中發(fā)現(xiàn)的最高的脈沖能量 。 這得益于慧眼衛(wèi)星在高能X射線波段獨(dú)一無二的觀測(cè)能力。

理論探索同樣深入。北京大學(xué)和南京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)從理論上探討了這類天體的本質(zhì)。他們提出了“奇異星”模型，認(rèn)為這些脈沖星的中心可能不是普通中子星，而是由更基本的奇異夸克物質(zhì)組成的“奇異星” 。這為理解極端致密物質(zhì)的狀態(tài)提供了全新的視角。

從2400萬(wàn)光年外的鯨魚星系，到我們銀河系內(nèi)的鄰居，再到中國(guó)科學(xué)家在地面和太空的探索，X-8的故事只是冰山一角。但它清晰地告訴我們，即使是恒星的殘骸，也有自己波瀾壯闊的一生。而破解這些宇宙燈塔的秘密，人類正走在正確的道路上。