仅存在不到1秒,短伽马射线暴数据发现短命“超重中子星”

当2颗中子星碰撞并塌缩成黑洞前,理论上会有不到1秒时间暂时形成“超重中子星”,大小几乎为典型中子星2倍。最近,天文学家在研究短伽马射线暴旧文件时发现了超重中子星存在。

一颗典型中子星质量介于太阳质量1.35~2.1倍,低于下限可能是白矮星,超过奥本海默-沃尔可夫极限(3.2倍太阳质量)则会持续发生重力坍缩,无可避免地产生黑洞。

当2颗中子星相互靠近并碰撞,引起的时空涟漪会传遍整个宇宙,在我们眼中会看到两者瞬间整合成一个巨大致密的物体,然而若我们像电影那般冻结时间,事实上我们会看见2颗中子星碰撞之后,于短短几百毫秒内瞬间整合成1颗超大质量中子星(hypermassive neutron star,HMNS),然后以比眨眼更快的速度变成黑洞。

过去天文学家研究此物体方法有限,因为探测器对HMNS本身发出的频率不太敏感。现在,天文学家可能找到了判断HMNS的另一条途径:短伽马射线暴(short gamma-ray burst)。

马里兰大学学院市分校团队指出,一些HMNS在垂死瞬间会发出短伽马射线暴,可能每秒闪烁数千次,具有比其他粒子更强的特征频率,只要确定这种闪烁的精确速率,便有机会深入了解HMNS的大小与自旋速率。

此前尚未发现此类伽马射线振荡,于是研究人员分析了NASA费米伽马射线太空望远镜、尼尔·格雷尔斯雨燕天文台、康普顿伽马射线天文台的文件数据,从700多个事件中找到符合超大质量中子星产生的准周期振荡(QPO),分别为GRB 910711和GRB 931101B。

分析结果表明振荡频率约每秒2,600次,代表超大质量中子星每秒至少旋转1,300次,这种速度比目前已知转速最快的脉冲星还要高2倍。

研究人员希望2030年代更先进的重力波探测器能研究更多HMNS产生的时空涟漪,与此同时,科学家会继续在短伽马射线事件中寻找它们的踪迹。

新论文发布在《自然》(Nature)期刊。

(首图来源:NASA)