发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　这是天文学家首次发现大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。

　　当大质量恒星接近生命尽头时，由于自身引力的急剧坍缩，引发一场超新星爆炸。天文学家相信，在这爆炸剧变之后，剩下的是恒星的超高密度核心残骸。根据恒星的质量，这高密度核心残骸可能是一颗中子星，密度高到一茶匙的大小重约一兆公斤；或者是一个黑洞，一个引力场大到连光都无法逃离的天体。虽然过去有模型和线索支持这一理论，例如在蟹状星云中发现的中子星，但以前从未真实观察到致密天体生成的过程，这使得超新星爆炸留下中子星或黑洞的直接证据一直难以捉摸。

　　2022年5月，南非业余天文学家Berto Monard在距离7500万光年的星系NGC 157的螺旋臂中发现了超新星SN 2022jli。随后两个独立的研究团队（Moore et al. 2023 & Chen et al. 2024）将注意力转向这次爆炸的后续，并发现它具有独特的行为，进而发现了大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。在爆炸之后，大多数超新星的亮度会随时间逐渐减弱，通常呈现出「平滑、渐进的下降」的光曲线。但SN 2022jli的行为却非常奇特：随着总体亮度的降低，其变化呈现非连续平滑的趋势，而是每隔约12天上下摆动一次，形成交替出现的明亮和减暗的序列。这是超新星光曲线中首次检测到的重复周期振荡。Moore和Chen两个团队都认为，SN 2022jli系统中存在多颗恒星可能解释了这种行为。实际上，大质量恒星与伴星相互环绕是相当普遍的，被称为双星系统，而SN 2022jli也不例外。然而，引人注目的地方在于，观测发现其系统中氢气呈现周期性运动和周期性的伽马射线爆发，这显示伴星似乎在超新星爆炸过程中幸存，并且可能持续与另一颗超新星互相绕行。尽管无法直接观测到致密天体本身的光，但这种能量激增只能归因于一颗看不见的中子星，或者可能是一个黑洞，定期吸引伴星氢气大气层中的物质，导致氢气的周期性运动和伽马射线的爆发，并在研究人员的数据中表现为亮度的周期波动。这项研究就像是透过收集所有可能的证据解开一个谜题：在超新星爆炸时，黑洞或中子星的存在得到了确认。

图说：这是一幅艺术家手中SN 2022jli系统的超新星爆炸后的画面。大质量恒星爆炸成超新星后，留下一个致密的物体—中子星或黑洞。伴星在爆炸中幸存，致密天体和它的伴星继续互相绕行，致密天体定期从伴星的氢气大气层中吸取物质。这些物质的增加在研究人员的数据中表现为亮度的定期波动，以及氢气的周期性运动和伽马射线的爆发。Credit: ESO/L. Calçada

　　这次的研究观测资料主要利用了欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）和新技术望远镜（NTT）进行观测。随着黑洞或中子星的存在得到确认，SN 2022jli系统还有很多需要揭示的事情，包括致密天体的确切性质，以及这个双星系统可能面临的结局。期待下一代望远镜，如ESO的极大望远镜（ELT），将有助于解开这个谜团，让天文学家揭示这个独特系统的前所未见的细节。（编译/台北天文馆段皓元）

资料来源：ESO Press Release

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　科学家们首次证实了黑洞和中子星的碰撞，这是两个极端天体相遇的决定性时刻，其威力无比强大，它们在宇宙中激起的涟漪在10亿年后仍可被察觉。更令人惊讶的是，根据数千名科学家的国际合作结果，这项天文发现已经不止一次，而是两次。

　　中子星与黑洞合并是宇宙中最极端的现象之一，这些现象的观察为了解天文物理开辟了新的途径，GW200105和GW200115这两个事件几乎同时被发现，说明了重力波科学领域的发展迅速。在第一次确认发现重力波的短短五年时间里，研究人员现在已经从几十个事件中检测到这些重力波——总共约有50个单独的黑洞与其他黑洞碰撞的实例，或者中子星与其他中子星碰撞的实例。

▲由艺术家绘制中子星与黑洞碰撞的示意图，较大的一颗为中子星。

　　但在此之前，中子星与黑洞合并的碰撞从未被证实，尽管科学家们之前已经接收到可能暗示中子星与黑洞碰撞的讯号。然而，2020年1月，LIGO-Virgo重力波探测器从两个紧凑的双星对观测到了重力波讯号，而其讯号的特征与中子星-黑洞一致。第一个事件GW200105是在2020年1月5日探测到的，大约是太阳质量8.9倍的黑洞，与一个太阳质量1.9倍的中子星对撞，这次碰撞发生在大约9亿年前，而GW200115是在2020年1月15日探测到的，发生在大约10亿年前，是一个6倍太阳质量的黑洞和一个1.5倍太阳质量的中子星合并的结果。

　　这种特殊的双星系统已经被预测存在了几十年，但从未被实际观测到，现在由于它们的碰撞中探测到重力波，我们知道了这两对黑洞确实存在。关于中子星和黑洞，我们仍然有很多未解之谜，包含了它们可以变得多大或多小，它们旋转的速度有多快，它们如何成对合并。有了未来的重力波数据，我们将能回答这些问题，并最终了解我们宇宙中最极端的天体是如何形成的，该研究发表在《天文物理学期刊快报》上。（编译/台北天文馆技佐许晋翊）

资料来源：Science Alert

发布单位：香港天文学会

　　2021年6月3日，银河系盘面附近的一次短暂X射线爆发，引起雨燕爆发警报望远镜（Swift Burst Alert Telescope）的注意。后续的观察和分析似乎证实它的来源是由一颗前所未知的磁星发射，磁星编号Swift J1555.2-5402。

　　由于目前在银河系中发现的磁星太少，任何新发现都有可能大大增加对这些神秘天体的了解。磁星最近在宇宙中颇受关注，它们是一种非常罕见的中子星，是恒星坍缩后的核心，最初质量是太阳的八到三十倍。

　　当这些恒星发生超新星爆炸并吹散它们的外部物质时，它们的核心坍塌成宇宙中最致密的天体（大约是太阳质量的两倍，压缩成一颗直径仅为二十公里的球体）。另外，顾名思义，它们有一个异常强大的磁场，大约是普通中子星的一千倍，比地球磁场强一千兆（10¹⁵）倍。

　　这些磁星很难探测到，以致于很难理解它们，包括如何形成如此强大的磁场等现象。到目前为止，只确认了二十四颗磁星，另外还有六颗候选星。

一项新的发现可能将已确认的磁星总数提高到25颗。

资料来源：Science Alert

Swift = Neil Gehrels Swift Observatory gamma-ray bursts = 雨燕伽马射线暴星表
「雨燕」这个名称不是与任务相关的首字母缩写，而是引用对仪器快速回转能力的同名敏捷鸟「雨燕」。

【图：欧洲太空总署，文：节录自台北市立天文科学教育馆网页】

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　当恒星结束主序星阶段，将不再产生能量，随之迈入死亡。死亡的恒星根据残留的质量决定其命运，依照质量高低可能形成黑洞、中子星或白矮星。

　　黑洞与中子星有其理论形成的分界，但因为此时物质处于极端高能的状态，中子星的质量上限一直是科学家讨论的议题。一般认为，对于不旋转的中子星，它的质量上限约为太阳质量的2到3倍，但准确值取决于中子星内部物质的未知型态。

　　再好的理论都需要观测来佐证。近年科学家尝试用重力波观测来研究中子星的质量上限，特别是这两个事件：

　　GW170817：两个质量在1.1到1.6倍太阳质量范围内的中子星，合并形成一个更大的天体，并认为合并后不久该天体马上坍塌形成黑洞。这个事件的重力波和电磁辐射观测表明，中子星的质量上限小于2.3倍太阳质量。

　　GW190814：一个超过20倍太阳质量的黑洞与一个2.5到2.7倍太阳质量的天体合并。科学家不知道较小的天体是黑洞还是中子星。如果它是不旋转的中子星，意味着中子星质量的上限高于2.5倍太阳质量。

　　因此德国物理学家Antonios Nathanail领导的团队，在最近分析了这些合并事件对中子星质量极限描述的差异。

　　Nathanail及其合作者使用“基因演算法”进行分析，来确定哪些质量极限的模型与GW170817和GW190814的重力波和电磁辐射观测、数值模拟的合并事件相一致。

　　研究发现，如果中子星质量极限定在2.5倍太阳质量，则与GW170817的观测结果或数值模拟的事件不符。但如果质量极限定在2.2倍太阳质量，则能匹配GW170817的观测结果与数值模拟的事件。

基因演算法（蓝）与GW170817（紫）的机率密度函数。在质量上限定为2.2倍太阳质量时与观测结果有可信的匹配。

　　也就是说，根据研究人员的分析，GW190814很可能就是两个质量不同的黑洞合并，也再次定调中子星（无自转）的质量上限约为2.2倍太阳质量。（编译/台北天文馆虞景翔）

资料来源：AAS NOVA

发布单位：台北市立天文科学教育馆

左图是根据Chandra的观测资料，对SN1987A超新星碎片撞击周围环状物质的3D模拟。右图是艺术家绘制的波霎风星云。波霎是高速旋转并具有强磁场的中子星，其吹出的粒子和强磁场作用形成波霎风星云。

　　自1987年2月24日大麦哲伦星系里的SN1987A超新星爆炸后，作为四百年来首次肉眼可见的超新星，科学家对其很感兴趣，使它成为拥有最多研究的天体之一，其中包括寻找爆炸后留下的中子星。

　　当质量大的恒星燃烧完核心的氢后，核心将塌缩反弹并把外层吹往太空。塌缩的核心将变成拥有极高密度的中子星，中子星是由中子緻密堆积所形成（约原子核的密度），假如把太阳压成一颗中子星大约仅16公里。

　　波霎（脉冲星）是高速自转并带有强磁场的中子星，具有光束并随中子星自转如灯塔般扫过天空，假如朝向地球时可观测到短的脉冲。有些波霎表面会吹出物质（带电粒子），其速度甚至趋近于光速，当带电粒子和磁场作用将形成结构复杂的波霎风星云。

　　使用钱卓拉（Chandra）X射线天文台和核光谱望远镜阵列（NuSTAR），团队发现因SN1987A的碎片撞击周围物质而产生的相对低能量的X射线。此外因NuSTAR可侦测到更多相对高能量的X射线，借此团队亦发现高能量粒子存在SN1987A的证据。

　　此相对高能量的X射线来源有两个可能，其一是高能量的波霎风星云，另一是爆炸波把粒子加速到高能量，后者不一定需要波霎存在，且可在离爆炸中心较远处出现。

　　但此相对高能量的X射线资料，无法完全用爆炸波来解释，因而提高波霎风星云（中子星）存在的可能性。由于在2012到2014年间，科学家观测此X射线亮度皆差不多，但是于澳洲望远镜緻密阵列（ATCA）观测到的电波讯号强度却增强，这和爆炸波机制预期的结果不吻合。估计依靠爆炸波把电子加速到如NuSTAR观测的高能量，需要花上400年，较超新星残骸的年纪大上10倍。

　　搭配Chandra和NuSTAR的观测与2020年ALMA的在毫米波段观测结果，亦可为波霎星云存在提供证据。

　　因在SN1987A的中心布满灰尘和气体，遮挡其发出的光线。作者利用模拟了解物质对不同波长的X射线的吸收，从而反推原始发出的光谱。并预测数年后这些物质将散开，较不易遮挡光线，估计再过10年左右将可直接观测到坡霎发出的光，揭露中子星的存在。

　　天文学家一直在猜测是否时间不足使中子星形成，抑或形成的是黑洞而不是中子星，SN1987A爆炸后留下的天体数十年来一直是未知谜团，而今新的观测提供更多资讯帮助了解。还需更多的观测资料来支持波霎风星云的存在。假如之后观测到无线电波的增强，伴随着相对高能的X射线减弱，将更能支持中子星的存在。（编译/台北天文馆陈姝蓉）

资料来源：Science News

发布单位：台北市立天文科学教育馆 

　　雷射重力波天文台（LIGO）的科学家宣布，在北京时间2019年4月26日23:22:17（世界时UTC 15:22:17），测到疑似黑洞吞噬中子星的事件，且仅在前一天也发现第2起两颗中子星碰撞成黑洞的重力波事件。26日的重力波事件，暂时编号为S190426c，距离约12亿光年，由位在美国LIGO与意大利Virgo检测到。天文学家绘制位置图以显示重力波最有可能产生的区域，并将这些信息通知世界各地的天文学家搜寻事件发出的光线。虽然重力波的讯号不是很强，不能百分之百确认就是黑洞与中子星的双星系统造成，但如果获证实，将是首次此系统存在的证据。

　　在前一天，北京时间4月25日16:18:26所观测重力波事件则是第2起中子星碰撞合并成黑洞的事件，数据显示碰撞天体大约是2倍太阳质量，因此认为是中子星的可能性很高。此事件距离约5亿光年，约是2017年中子星合并事件的3倍远。但与上次不同，天文学家尚未发现任何伽玛射线爆发的迹象。

　　自2016年2月首次探测到重力波之后，LIGO成员不但成功检测到多起重力波，也验证爱因斯坦广义相对论，并在2017年获得诺贝尔物理奖。在一年多前LIGO停机升级仪器，并在4月1日重新上线后，迄今已观测到5次重力波事件，符合科学家预期新仪器能每周检测到一次事件，每月能看到一次中子星合并事件的预期。随着探测器灵敏度提高，LIGO团队不仅希望能探测更多事件，还能探测到更多形式的合并现象。（编译/台北天文馆李瑾）

资料来源：nature news

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　天文学家最近发现的一个不寻常的瞬态事件，绰号“牛 COW ”，已经引起研究瞬态天象领域的天文学家群起纷扰（就像牛群此起彼落的哞哞叫？）。到目前为止，天文学家们又对这个奇怪的事件了解多少？

AT2018cow影像
AT2018cow的位置：发现后图像（左上），发现前参考图像（右上），减影差异图像（左下）和Pan-STARRS多色图像（右下）。[摘自Prentice等人。2018]

　　曾几何时，天文学家认为已大致了解超新星的演化过程。但随着现今每几夜即可扫描全天的大型广视野瞬态天象观测计划的出现，研究者现在似乎不断发现新的超新星事件，这些事件并不完全适合以前整齐定义的类别。在这些巡天计划中发现的大量新型瞬变天象中，有许多类似超新星的事件，其光度的上升和下降比标准的超新星模型预测快得多。一个例子是AT2017gfo，这是第一个确认的千级新星，它与2017年8月首次在引力波中探测到的中子星合并有关。这些快速演变的瞬态天象事件例子涵盖了广泛的絶对星等峰值变化幅度（从-15到-22）和上升变化时间（~1-10天），使得它们难以通过单一情境解释。

　　现在天文学家最新发现了一种更不寻常的，更明亮且快速发展的瞬态天体：AT2018cow。在9月20日发表在Astrophysical Journal Letter的一项最新研究结果中，由Simon Prentice（英国贝尔法斯特女王大学, Queen's University Belfast. ）领导的天文学家团队介绍了此次瞬态天象前18天的发现和初步分析结果。

　　2018年6月16日晚上首次由位于夏威夷的0.5米双筒望远镜系统ATLAS发现的AT2018cow，被昵称为“牛（COW）”。后续利用各种望远镜探测它的光学，近红外和紫外波段后发现了它的奇怪特性。

AT2018cow在不同望远镜观测的光度变化曲线
ATLAS，利物浦望远镜，GROND和AT2018的Swift光线曲线。[摘自Prentice等人。2018]

　　COW的峰值亮度非常高：~1.77 x 10 ^ 44尔格/秒，比典型的超新星亮约10-100倍。并且它很快就达到了峰值，在短短的3.3天内亮度增加超过5个星等，而典型的超新星的上升时间大约为10-20天。此外，COW具有很高的黑体温度（~27,000 K ），低估计喷发质量（仅0.1-0.4太阳质量），以及相对无特征和非演化光谱。

是否来自碰撞的Magnetar？

　　Cow的奇特属性的组合消除了许多先前更常见的一般解释的可能性，例如超新星震盪突波。研究者另外探索了一种可能产生类似于COW的特性的情境：由双中子星系统的合并形成磁星 – 强磁化的中子星。Prentice和合作者表示这样的模型可以预测出一个具有峰值光度，衰减率和有效温度的瞬态，这些都与COW观察到的现象一致。

磁星
艺术家对强烈磁化的中子星的印象。[图像版权：NASA/Penn State University/Casey Reed]

　　要如何确认这个推论？下一步将是比较AT2018cow在无线电和X射线波长中的其他观测结果，同时与磁力模型进行比较，以确定模型是否也符合这些观测结果。研究团队正试着解释这种不寻常的瞬态天体。

Ref: “The Cow: Discovery of a Luminous, Hot, and Rapidly Evolving Transient,” S. J. Prentice et al 2018 ApJL 865 L3. doi:10.3847/2041-8213/aadd90
资料来源：ApJL