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标 题[摘录]史上最强烈的星震,可提供中子星内部结构的线索
发信站铭传筑梦别境 (Thu Jul 28 20:22:01 2005)
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一组义大利天文物理学家GianLuca Israel等人,利用美国航太总署(NASA)的
Rossi X射线计时测量卫星(Rossi X-ray Timing Explorer),於2004年12月7
日侦测到位在银河另一侧的中子星SGR 1806-20发生了一个有史以来,宇宙中强
烈的gamma-ray(伽玛射线)闪焰(flare)爆发事件。这个强烈的爆发现象,
将有助於天文学家探测中子星这种神秘天体的内部结构。相关论文发表在7/20
出版的天文物理期刊快讯(Astrophysical Journal Letters)中。
这些天文物理学家表示:由於闪焰爆发时,在中子星表面引起强烈的震动,使得
中子星表面向太空发射的X射线强度有快速的变动,像是脉搏的脉动一样,在中子
星每7秒钟自转一圈的时间内,使中子星表面呈现规律的震动,谓之「星震(sta
-rquake)」。与地球物理学家利用地震波研究地球内部结构的原理一样,天文学
家也会利用恒星表面的震动频率来了解星体的内部结构,对我们的太阳亦复如此
(称为「日震学」)。
由星震震动的频率,天文学家可推测中子星内部,究竟是单纯地像一大陀中子聚
在一起,还是像绝大部分天文学家相信地:在中子星的核心含有什麽样如夸克等
奇特的粒子?而中子星的地壳,究竟是如何「浮」在中子星的超流体核心(supe
-rfluid core)上方?而这次的星震之所以重要,就在於它的震动强度足以让天
文学家分析并检测理论的正确性。
SGR 1806-20於2004年12月27日发生强烈爆发,它所发出的X射线几乎横越半个银
河系而抵达地球,是天文观测史上曾观测到太阳系外最强烈的爆发现象;其X射线
强度在瞬间让地球轨道上的所有X射线观测卫星都为之「眼盲」,地面上的电波望
远镜也都记录到这次的爆发事件。天文物理学家们认为:这些伽玛射线和X射线爆
发,应是来自中子星周围高度扭曲的磁场突然断裂、回复稳定状态的过程中而释
放出强大的能量所致。
Israel等人从Rossi资料分析结果发现:巨大闪焰爆发仅持续了1/10秒不到,可是
整个爆发的能量相当於15万年的太阳总辐射量;爆发後约3分钟左右,Israel等人
便发现在中子星表面产生一种特别的震动模式,震波以每秒94.5次的高频在中子星
上震动,接近钢琴的第22音阶;星震震动时间持续了将近10分钟左右。
根据现行恒星演化理论,当大质量恒星演化至生命末期,核心在无核融合的原料可
供使用时,向外的压力无法支撑向内的强大重力,恒星的内部便发生重力塌缩,而
塌缩反弹的震波则向外传播,使得星体外层被瞬间炸开,是谓超新星爆炸。而向内
塌缩的力量也相当强,使得原子核外围带负电的电子被挤入原子核内,与带正电的ꔊ质子结合而形成中子。因此中子星的密度非常高,但直径仅有20~30公里左右,约
台北市大小。如果把我们的太阳瞬间压入一个直径16公里的球体内,那麽太阳也会
变成一颗中子星,届时在太阳表面仅一汤匙的物质,就会重达数十亿吨(不过太阳
的结局只会变成一颗白矮星,离中子星的程度还很远...)。
我们银河系中的约有数百万颗中子星,这些中子星的表面磁场强度约为地球的数兆
倍;可是,天文学家居然还发现约10颗左右的中子星,其表面磁场强度高达一般中
子星的1000倍以上,他们称这种中子星为「磁星(magnetar)」。任一颗磁星如果
位在月球的位置上,其磁场强度将足以让地球上所有的信用卡都被消磁而无法使用ꠊ。正因其磁场强度如此之强,因此这些中子星的地壳有时会被磁场给弄皱,并在释
放伽玛射线与X射线的同时,让中子星表面发生震动;其中伽玛射线的辐射量远超
过X射线。到目前为止,天文学家已经发现4颗磁星有发生这样的现象,且这些都会
重复发生短暂的伽玛射线爆发,因此特别将这4颗磁星称为「软伽玛射线重复爆发
源(soft gamma repeaters,SGRS)」。SGR 1806-20便是其中之一。
资料来源:
http://ucsdnews.ucsd.edu/newsrel/science/mcgamma.asp, 2005.07.12
* 转载自台北天文馆
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