看宇宙間那一場場盛大的“煙花表演”

兩顆中子星碰撞(藝術圖)。圖片來源：英國華威大學

FRB18112旅行軌跡(藝術圖)

夜空看起來非常寧靜，但用一臺可在幾天內掃描整個天空的望遠鏡凝視太空，我們就會見證一場場盛大的“煙花表演”：從恒星耀斑到伽馬射線暴(GRB)，從快速射電暴(FRB)到千新星，這些宇宙間盛大的“煙火”向我們展示宇宙極致絢麗的同時，也在向我們講述著宇宙的奧秘。

恒星耀斑：活躍恒星的劇烈電磁噴發

中國科學院國家天文臺研究員張承民向科技日報記者介紹說：“恒星耀斑是恒星大氣中最劇烈的爆發現象之一，指恒星表面局部區域突然釋放出極高能量的過程。在此過程中，恒星會在多個波段釋放出強烈的電磁輻射，同時還會出現劇烈的高能粒子輻射。當太陽發生耀斑時，我們會看到其突然變亮，然后迅速恢復平靜。類似的事情也發生在各種質量大小不一、溫度和光度不同的恒星中。”

張承民解釋道，科學家已經知道太陽耀斑出現的原因：構成太陽的旋轉氣體攜帶磁場，由于太陽外層的對流和太陽自轉，使得這些氣體不停地運動，磁力線不斷被拉伸和糾纏。當這些磁力線彼此接觸并合并時，會釋放出大量能量，它加熱太陽周圍的大氣層并使粒子加速運動，導致突然爆發。

有時，多余能量會將太陽的一些物質拋射出來，形成日冕物質拋射。在極端情況下，這些高能輻射物質會到達地球，與地磁場相互作用，還可能危及衛星甚至地面電力基礎設施。因此，天文學家一直在密切監測太陽的爆發活動。

千新星：碰撞中子星產生的大爆炸

千新星是碰撞中子星產生的大爆炸。當兩顆中子星圍繞一個共同的質心運行時，系統會以引力波的形式釋放能量。最終，兩顆中子星相撞，科學家在電磁光譜的可見光、紅外和伽馬射線部分會看到強烈的閃光。

“千新星是近些年引入的天文學術語，因為其峰值亮度高達經典新星的1000倍。”張承民介紹說。

科學家對千新星的了解大多來自雙中子星并合產生的引力波事件GW170817，其證實了一些關于千新星的假設。首先，它支持中子星并合產生短而強烈伽馬射線爆發的觀點;其次，它證明了這些并合會孕育出一些重元素：中子被吸收到原子核中，產生鉑和金等重金屬。

不過，這其中諸多細節仍然未知，中子星的“狀態方程”仍然是天體物理學領域最大的“懸案”之一。

FRB：來自遙遠他鄉的神秘脈沖

2007年，天文學家首次發現了FRB，這是來自遙遠星系的強大的無線電脈沖，持續時間為幾毫秒。起初，他們很不解：什么事件能在幾分之一秒內釋放出與太陽輻射10萬年一樣多的能量?

2012年，又一個重復的FRB闖入天文學家的視野。截至2023年7月，人們總共觀測到了675次FRB。

張承民指出：“FRB如此短暫、強烈和明亮，科學家認為，其源頭的物質分布必須非常致密。而且，鑒于FRB呈極化狀態，因此源頭必須具有非常強的磁場。在此基礎上，科學家普遍認為FRB是由被稱為磁星的強磁化年輕中子星爆發而來。”

天文學家也一直在研究如何利用這些FRB，因為每個FRB脈沖都以無線電頻率到達地球，根據高頻和低頻信號之間的時間延遲，科學家可推斷出它們所到之處的一些特性。

GRB：宇宙中最明亮的閃光

張承民解釋說，伽馬射線是能量最高的光，GRB是人們見過的最亮、能量最高的瞬態光子爆發事件。它們可以持續幾毫秒到幾分鐘。鑒于它們也經常在X射線、光學和無線電發射中“露出馬腳”，科學家因此能研究它們的來源。

目前，科學家發現了兩種不同的GRB。張承民說：“長GRB持續時間為2—60秒，被認為由核心坍塌的超亮超新星產生。這種坍塌形成了一個黑洞，將恒星的殘余物攪成強大的噴流。”而短GRB持續時間不到2秒，與中子星和黑洞等致密物體的并合有關。

GRB不斷給人類帶來驚喜。2022年10月9日，天文學家發現了迄今最劇烈爆發的長GRB，并將其命名為BOAT，它可能是人類文明開始以來，宇宙向地球發射的最亮信號。

張承民說：“星辰日月高天際，雪散煙花遍海隅。這些絢麗的‘煙花’也是遙遠宇宙派來的‘使者’，對其開展深入研究將有助我們進一步揭示宇宙的秘密。”

(記者 劉 霞)

關鍵詞： 中子星 FRB GRB 磁星 恒星大氣