宇宙独角兽惊现天宇：自转加速的死亡恒星颠覆天体认知

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原文链接：https://www.space.com/astronomy/newly-discovered-cosmic-unicorn-is-a-spinning-dead-star-that-defies-physics-we-have-a-real-mystery-on-our-hands

编译：雷丰图

校对：牧夫天文校对组

后期：王启儒

责任编辑：王启儒

天文学家利用全球最先进的射电望远镜，发现了一颗极其罕见、奇特且独一无二的旋转死亡恒星，并将其命名为" 宇宙独角兽"。这个名为CHIME J1634+44的天体所具有的独特性质，挑战了我们目前对旋转死亡恒星及其周围环境的认知。

CHIME J1634+44，又称ILT J163430+445010（简称J1634+44），属于一类名为"长周期射电暂现源"（Long Period Radio Transients，简称LPTs） 的天体。这类新发现的谜样天体能够发射重复周期在数分钟至数小时之间的射电波爆发，其辐射间隔显著长于标准脉冲星——后者是快速旋转的中子星遗骸，在自转过程中会向宇宙扫射辐射束。

然而，即便在所有奇特的LPTs中，CHIME J1634+44依然显得卓尔不群。它不仅是迄今观测到最明亮的LPT，同时还具有最强的偏振特性。更令人称奇的是，它的辐射脉冲仿佛经过精心编排般规律。而真正让CHIME J1634+44独树一帜的是——这是天文学家首次发现自转速度在不断加快的LPT。

CHIME J1634+44 的艺术概念图，它是已知最明亮的LPT。

Credit: NSF/AUI/NSF NRAO/P.Vosteen

"即便在其他LPTs中，CHIME J1634+44也配得上'独角兽'的称号，"绿岸天文台（GBO）詹斯基研究员、团队负责人董丰秋（Fengqiu Adam Dong) 在声明中表示，"它的爆发周期要么是14分钟，要么是841秒——但同时还存在一个4206秒（70分钟）的次级周期，恰好是前者的五倍。我们认为这两个周期都真实存在，这很可能是一个由某天体环绕中子星运行组成的双星系统。"

天文学家利用多台地面观测设备，成功捕捉到CHIME J1634+44的奇特行为。有趣的是，不同研究团队对这一神秘天体的本质存在分歧：绿岸天文台的董丰秋团队认为其核心是一颗中子星残骸，而荷兰射电天文研究所（ASTRON）的桑妮·布洛特（Sanne Bloot）团队则更倾向于白矮星的解释，并将其简称为J1634+44。不过，双方都认同一个事实：这个长周期射电暂现源（LPT）展现出的异常特性确实挑战了现有的天体物理认知。

立陶宛研究团队负责人马里乌斯·马斯科柳纳斯（Marius Maskoliūnas）博士表示："这类研究工作需要极高的专业素养、极大的耐心，坦白说还需要一点运气。你必须等待很长时间，直到光源星和透镜天体完全对齐，然后还要分析海量数据。我们观测到的恒星中，有九成都是因其他各种原因产生脉动，真正呈现微引力透镜效应的案例少之又少。"

天文学家透露，这次跨国合作与发现本身堪称机缘巧合。一切始于华沙大学天文台的一次学术访问——微引力透镜探测方法的倡导者武日科夫斯基（Lukasz Wyrzykowski）教授当时提议开展波立联合研究项目。他的构想非常清晰：通过分析欧洲航天局盖亚（Gaia）太空望远镜的观测数据，经校验后辅以地面观测进行补充。而维尔纽斯大学莫莱泰天文台的望远镜群，正是开展此类观测的理想设备。

一颗被物质环绕的中子星正在爆发强烈辐射。

Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA)

这颗死亡恒星正在"吞噬"伴星

白矮星与中子星都是恒星耗尽核心核聚变燃料后形成的死亡天体。当燃料枯竭时，恒星便再也无法抵抗自身巨大的引力作用。

中子星是大质量恒星（质量至少为太阳的八倍）在生命终结时坍缩形成的致密星体残骸。而质量接近太阳的较小恒星，则会留下一种相对温和的恒星残骸——"白矮星"。

当这些大质量恒星走向死亡时，虽然大部分物质会在超新星爆发中抛射殆尽，但其核心仍能保持1-2倍太阳质量。这些物质被压缩成直径仅约20公里的致密星体

这种坍缩还会引发另一个极端现象：濒死恒星在保持角动量守恒的前提下，随着坍缩时半径急剧缩小，其自转速度会大幅提升。虽然白矮星的坍缩剧烈程度相对较低，但同样会因角动量守恒原理而导致自转加速。

这个过程可以用地球上的一个经典例子来类比：当花样滑冰运动员收拢手臂时，旋转速度会明显加快。这意味着，某些年轻中子星的自转速度可高达每秒700转。然而，随着中子星和白矮星逐渐衰老，它们本应因能量耗散而逐渐减速。正因如此，无论CHIME J1634+44的本质究竟是什么，其自转持续加速的现象都显得极为反常。

中子星和白矮星确实存在一种在诞生后仍能加速自转（即"自旋加速"）的机制，这取决于它们是否拥有一个近距离的伴星。

基于此，这项新研究的研究团队怀疑CHIME J1634+44实际上可能由两个天体组成，它们以紧密双星系统的形式相互绕转。荷兰射电天文研究所的团队进一步提出，这个伴星可能是另一颗恒星残骸（如白矮星或中子星），或者是一颗"失败的恒星"——褐矮星（这类天体的形成过程类似恒星，但因质量不足而未能触发核聚变反应，因此不能算作真正的恒星）

线偏振（上）与圆偏振（下）差异示意图

Credit: Robert Lea (created with Canva)

当这两个天体相互绕转时，它们会释放出时空涟漪——即引力波。这种现象会带走系统的角动量，导致两个天体逐渐靠近。从观测角度来看，这会使得双星系统的轨道周期呈现出缩短的趋势。天文学家此前已在白矮星双星系统中观测到这类轨道收缩现象

然而，CHIME J1634+44的神秘之处远不止于此。它的射电暴发竟然呈现出100%的圆偏振特性——这意味着从该天体逃逸的电磁波在传播过程中呈螺旋式旋转（就像开瓶器的运动轨迹）。

因此，从CHIME J1634+44逃逸的电磁辐射在传播过程中呈现出完美的螺旋扭曲形态。这种现象不仅极其罕见，更重要的是，在中子星或白矮星爆发的辐射中从未被观测到过。这表明，这颗死亡恒星产生的射电暴发机制，可能存在着某种独一无二的特殊性。

更多的谜团

更令人费解的是，这些射电脉冲总是成对出现，而且仅当CHIME J1634+44双星系统中的死亡恒星自转数周却未爆发辐射后才会产生。"脉冲对之间的间隔时间似乎遵循某种精心编排的模式，"荷兰射电天文研究所的团队成员，天文学家哈里什·韦丹塔姆（Harish Vedantham）在声明中表示，"我们认为这种模式蕴含着伴星如何触发白矮星发射射电波的关键机制信息。持续监测将有助于我们破译这一特殊现象，但就目前而言，我们确实面临着一个真正的天体物理学谜题"

天文学家的这项研究不仅揭示了宇宙中最极端的恒星天体——中子星的更多奥秘，更预示着射电天文学即将迎来一个激动人心的新纪元。董丰秋总结道："CHIME J1634+44的发现不仅扩充了已知LPTs的族群，更对现有中子星和白矮星理论模型提出了挑战，这意味着宇宙中可能还存在大量类似天体等待发现。"这两支团队的研究成果已于7月17日（周四）发表在《天文学与天体物理学》期刊上。

——The End——

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

Credit: ESA/Hubble & NASA, C. Murray

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