天文學家發現至今已知自轉最慢的中子星

超新星殘骸RCW 103中心的中子星
美國賓夕法尼亞州立大學(Penn State University)天文學家透過美國太空總署雨燕(Swift)X射線太空望遠鏡觀測資料,發現至今已知自轉速度最慢的中子星。

雨燕X射線太空望遠鏡在2016年6月22日捕捉到一個來自約九千至一萬零七百光年外的天體所發生的獨特X射線爆發事件,這次爆發很強烈,但變化非常快速,擾動的時間尺度是在數毫秒等級(millisecond,千分之一秒)。全球各地的天文學家收到這項觀測通告後,陸續啟用美國太空總署的錢德拉X射線觀測衛星(Chandra X-ray Observatory)和核光譜望遠鏡陣列(Nuclear Spectroscopic Telescope Array,簡稱 NuSTAR)等高能太空望遠鏡設備進行追蹤觀測。

中子星是宇宙中擁有強磁場的天體,自轉速度通常很快,每分鐘可以自轉好幾圈,甚至有的到每秒數十圈的程度。從這些太空望遠鏡取得的觀測資料來看,這顆天體是中子星家族裡的異類,從它的亮度變化得知它每6.5小時才轉動一圈,使得它成為迄今已知自轉最慢的中子星;前一個記錄保持者是自轉一圈約10秒左右,等級差得不是一般的大。

這個天體位在可見光照片呈現色彩斑斕的超新星殘骸RCW 103的中心,編號為1E 161348-5055(縮寫為1E 1613);不過它雖能在X射線波段偵測到,在可見光波段卻看不到它。RCW 103位在矩尺座方向。美國賓夕法尼亞州立大學天文學家哥頓·加邁(Gordon Garmir)於1979年就已發現RCW 103超新星殘骸包圍著一個發出X射線的天體,且從這個天體向太空發射出一個巨大的X射線閃焰。因此,賓夕法尼亞州立大學天文學家歷來便對這個天體十分感興趣。

美國太空總署已確認雨燕、錢德拉和核光譜陣列這三架高能太空望遠鏡的觀測資料的確為真,從而確認RCW 103中心的這個天體是所有已知具有強磁場的中子星中,自轉速度最極端者之一,換言之,是個極端的磁星(magnetar)。而這些天文學家還特地去翻閱錢德拉的歷史觀測資料庫,再加上歐洲太空總署的XMM-牛頓觀測衛星,全部都顯示這顆天體具有磁星的特性:X射線有強烈且毫秒級的極短促周期變動。磁星是磁場強度比如太陽這般正常恆星還強數兆倍的中子星,可能會發生極強的爆發而釋出大量能量。目前已知的磁星數量非常稀少,RCW 103中心天體是第三十顆已知磁星。

天文學家目前估計RCW 103的年齡約為二千年,若透過一般波霎(快速自轉中子星)機制,不太有足夠的時間慢到6.5小時這種程度。目前現有的相關模型都無法解釋這顆磁星自轉速度為何這麼慢,但推測可能是有某種讓中子星自轉變慢的未知機制,例如:超新星爆炸產生的殘渣落回中子星的表面,導致他的自轉隨時間變得愈來愈慢。另一種猜測認為或者它位在一個與正常恆星組成的雙星系統中的結果,不過這些天文學家認為是雙星的可能性很低。

【圖、文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁;新聞訊息由林景明提供 】

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