2019年1月26日 星期六

天文學家終於目擊恆星變身黑洞!




2億年前,當恐龍還在遠古地球上踩著厚重步伐時,一顆巨大的恆星正邁入垂死掙扎。這顆恆星死亡後產生的爆炸在宇宙中非比尋常,它的光芒在去年6月總算抵達地球,讓科學家抓破了頭,仍百思不得其解。

現在,這道神祕閃光的來源可能已經有了答案。這顆奇特的超新星有個特殊的暱稱:「母牛」,由45名天文學家組成的團隊對它進行的最新觀測,顯示人類可能首度捕捉到垂死恆星誕生黑洞的瞬間。

美國西北大學的天體物理學家拉菲拉.馬古蒂(Raffaella Margutti)領導該團隊,她說:「我們等待這樣的天體出現,已經等了好多年了。」。她和同事於1月初在華盛頓西雅圖舉行的美國天文學會年會上,報告了這項研究結果,並將於近期發表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)上。

這個團隊所觀測到的數據包含了多個波段的資料,可能證明這顆巨大的恆星坍縮形成中子星,這是一種緻密的恆星殘骸。而其他團隊研究「母牛」後,則是對這顆天體的異常表現提出了其他解釋。那麼我們到底知道「母牛」的那些資訊呢?為什麼天文學家對它充滿了疑惑?快來跟著我們一探究竟吧!





「母牛」的位置在哪裡?為什麼會有這樣的暱稱?


「母牛」是在距離地球約2億光年遠的矮螺旋星系CGCG 137-068外圍爆發的天體。之所以稱為「母牛」,是因為根據規則自然產生的正式名稱就是AT2018cow。一群天文學家在2018年6月16日,使用夏威夷的ATLAS望遠鏡觀察到這個天體,並在6月17日通報其他天文學家,引發許多望遠鏡競相轉向這個天體,觀測這場爆發的後續情形。


「母牛」有什麼特別的呢?


「母牛」並不是我們在夜空中第一次看到這樣的閃光,但卻是目前為止偵測到距離最近的一個,這讓科學家有了前所未有的機會,能夠仔細進行觀測。它的亮度非常明亮,變亮的速度也非常快。「母牛」最亮的時候,在X射線波段的亮度甚至比一般的恆星爆發(也就是超新星)亮了十倍之多。「母牛」只花了幾天時間就達到亮度的巔峰,但一般的超新星則需要花上幾個星期。


此外,我們一開始還搞不太清楚「母牛」的能量來源。在一般的情況下,超新星爆炸的能量來自內部的放射性同位素鎳-56。但當天文學家計算「母牛」拋射出的碎屑物質時,卻發現總量低得驚人,可能僅相當於我們太陽質量的十分之一。這非常地怪異,因為一般而言,超新星會噴發出相當於十個太陽的碎屑量。

即使「母牛」的碎屑全都是由鎳-56組成,也不會有足夠的能量供給觀測到的那種爆發現象。不僅如此,天文學家還意外發現,碎屑物質中含有氫和氦。之所以說意外,是因為爆發形成超新星的恆星,應該早已把這兩種元素用作核融合的燃料耗盡才對。

「母牛」發出輻射的方式也非常與眾不同。舉例來說,馬古蒂的團隊請求美國航太總署(NASA)將核光譜X射線望遠鏡陣列(NuSTAR)指向這個天體。觀測數據顯示,「母牛」出現的一星期過後幾天,它的高能X射線竟意外地變得更明亮了。「當我們收到這些數據時,第一反應是我們是不是有什麼東西搞錯了。」馬古蒂這麼說。

我們知道「母牛」是怎麼形成的嗎?


目前天文學家的共識是,「母牛」的中心有個向外發出高能X射線的緻密「中心引擎」。無論這個天體是什麼,它顯然都被包覆在某種爆發後拋射物質所形成的非對稱團塊之中。

「有個笑話是這麼說的,我們物理學家總是把很多東西模擬成球體母牛1,但顯然地,這頭『母牛』並不是個球體,」這篇研究論文的共同作者──美國哥倫比亞大學的物理學家布萊恩.梅茨格(Brian Metzger)這麼說:「很難把這解釋成一個球體對稱的事件,因為如果X射線的光源也是可見光輻射的能量來源,那麼這些X射線又是怎麼抵達地球的呢?」






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