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比太阳亮1000万倍的光源,到底是爆炸闪光还是颠覆物理学的天体?
发布时间:2023-05-11 17:56:31诸胜罡来源:
一个神秘的天体会如此明亮,物理学家认为它只能是爆炸产生的,但真是这样的吗?这让科学家们感到极度困惑。
上图:ASA观测显示M82 X-2的X射线能量脉动。
NASA一直在跟踪所谓的“超发光X射线源”,即亮度可以是太阳1000万倍的物体,想了解它们的工作原理。
但这些天体在理论上是不可能存在的,因为它们打破了爱丁顿极限。爱丁顿极限(Eddington limit)是天体物理学的一条规则,规定一个物体在分裂之前只能达到一定的亮度。
一项新的研究明确证实,距离我们1200万光年的超新星“M82 X-2”和之前的观测结果一样明亮。
上图:在这张伪彩色可见光照片中,梅西耶82星系内部显示了一个名为M82X-2的超亮X射线源。
发光的物体应该会把物质推开
亚瑟·爱丁顿法则背后的原理很简单。这种规模的亮度只来自于物质(比如行星解体后残留的星尘)它们向内落向一个大质量物体,比如黑洞或死亡的恒星。
由于受到大质量物体强烈引力的牵引,这种材料会被加热并发光。落向大质量物体的物质越多,它就越亮。但是,这里也有个问题。
在某一点上,如此多的物质被拉进来,以至于它发出的辐射应该能够压倒来自大质量物体的引力。这意味着在某一时刻,来自物质的辐射会把它推开,它就会停止下落。
但是,如果它没有落入黑洞,物质就不应该辐射,这也意味着这个物体不应该那么亮。这就是爱丁顿极限。
上图:一张拼接照片显示了梅西耶82星系在可见光(左侧)和X射线下的景象。
M82 X-2 实现了不可能
由于爱丁顿极限,科学家们质疑超新星(ULX)的亮度是否确实是由大量物质落入其中造成的。
例如,有一种理论认为,强烈的宇宙风将所有物质集中在一个锥体中。在这个理论中,圆锥体将指向地球,这将产生一束光,在我们看来,这束光会显得比物质均匀地分散在 ULX 周围要亮得多。
但一项针对 M82 X-2 的新研究推翻了锥理论,M82X-2是梅西耶82星系中一颗脉动的中子星造成的超新星。(中子星是恒星耗尽能量并死亡时留下的超密度物体。)
NASA的一份声明称,这项分析发表在今年4月的《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)上,发现 M82 X-2 每年会从邻近的一颗恒星吸收大约90亿亿吨物质,这大约是地球质量的1.5倍。
这意味着,超新星(ULX)的超级亮度是由突破极限的物质量造成的。
上图:在这张超新星的照片中,炽热的气体被拉到中子星上。恒星发出的强磁场显示为绿色。
超强磁场可以使原子屈服
鉴于这些信息,另一种解释就成了解释 ULX 的主要理论。但是,这也更奇怪了。
在这个理论中,超强磁场从中子星发射出来。NASA的声明说,这些物质非常强大,它们会压扁落入恒星的物质的原子,使这些原子的形状从球体变成细长的弦。
在这种情况下,来自这些被压扁的原子的辐射,将很难将物质推开,这就解释了为什么这么多物质可以落入恒星而不会分裂。
问题是,我们永远无法在地球上验证这个理论。这些理论上的磁场必须非常强大,以至于地球上没有磁铁可以复制它们。
该研究的作者、意大利国家天体物理研究所卡利亚里天文台的天体物理学家马特奥·巴切蒂(Matteo Bachetti)在美国宇航局的声明中说:“这就是天文学之美。通过观察天空,我们扩展了研究宇宙如何运行的能力。另一方面,我们可能建立真正的实验来快速得到答案。我们只能等待宇宙向我们展示它的秘密。”
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