发布单位： 台北市立天文科学教育馆
天文学家最近观测到一次罕见的磁星爆发 。此次的磁星爆发来自于 1,200 万光年外的编号 M87 「雪茄星系」 。这次的爆发足以照亮整个星系 ，这也是首次观测到在银河系外的磁星爆发 。
当质量超过太阳八倍的大质量恒星死亡时 ，它们会引发超新星爆炸 ，核心留下一个黑洞或中子星 。中子星是非常致密的核心残骸 ，其密度及大小可比喻为将太阳压缩成一个城市大小的球体 ，它们自转迅速并拥有强大的磁场 。一些年轻的中子星拥有超强的磁场 ，超过了典型中子星的 10,000 倍 ，且每秒自转速度可达 700 次 。这些被称为磁星 。目前认为 ，当这些高度磁性的年轻中子星表面的 「星球震动」 干扰了它们强烈的磁场时 ，会产生巨大的闪焰 。它们会通过闪焰释放能量 ，释放出伽玛射线 ，偶尔这些闪焰甚至非常剧烈 ，足以照亮整个所处星系 。随着时间久远 ，磁星的旋转速度和强烈的磁性都会减弱 ，因此捕捉到磁星爆发的事件并不多 。在过去 50 年的伽玛射线观测中 ，我们仅观测到三次磁星的巨型闪焰 ，且都在银河系内及大麦哲伦星云中 。其中 2004 年 12 月观测到的一次来自距离我们 30,000 光年的磁星爆发 ，甚至强烈到影响地球的上层大气 。
这次闪焰以高能伽玛射线短暂爆发形式出现 ，仅持续了十分之一秒 。在闪焰发生后 13 秒 ，天文学家就定位到这些伽玛射线似乎来自 M82 星系 ，距离地球约 1,200 万光年 。然而 ，此时面临一个谜团需要解决 。我们所见到的爆发闪焰是来自这个星系的一个相当常见的伽玛射线爆发？ 还是一次罕见的磁星爆发？ 前者的理由是 ，M82 星系正好是一个恒星剧增星系 ，使得 M82 本身就是一个伽玛射线爆发的好发场所 。为了调查此次伽玛射线闪烁 ，天文学家速利在 24 小时内用 XMM-Newton （X 射线） 太空望远镜对爆发源进行了后续观测 。推理认为 ，如果这次伽玛射线爆发是由两颗中子星碰撞并合并事件造成的短时伽玛射线爆发 ，那么应该也会在 X 射线和可见光中观察到对应的余晖 ，这个事件也将使时空产生波动 ，产生引力波 。结果显示 ，没有观测到余晖也没有侦测到引力波 。这有助于确定真正的爆发源是 M82 中的磁星爆发 。值得一提的是 ，如果没有在 24 小时内确定 X 射线的余晖 ，将没有如此强有力的证据证明这确实是一个磁星 ，因为即使有余晖一般很快就会消失 。
图说： 巨大磁星耀斑的 X 射线和可见光没有余晖 。Credit: ESA
这次在 M82 星系中观测到磁星爆发 ，证实了在恒星爆发区域 ，大质量恒星 「快速演化 、迅速死亡」 ，导致年轻的中子星成为动荡不安 、自转速度迅速的磁星这样的推论 。天文学家将积极在恒星剧增星系中寻找更多的磁星 ，以更好地了解大质量恒星的生死 ，以及理解中子星随时间演变的过程 。此次也是拓展了我们对其他银河外磁星的寻找 ，如果我们能找到更多 ，我们就可以开始了解这些闪焰发生的频率以及这些恒星在此过程中如何失去能量 。此研究于 2024 年 4 月 24 日发表在 《自然》 期刊上 （Mereghetti et al. 2024） 。 （编译/台北天文馆段皓元）
资料来源： ESA