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用漫画解释宇宙,就是这么简单。
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漫画 | 中国天文学家在66亿光年外发现一颗大质量毫秒磁星!!!

Sheldon  · 公众号  ·  · 2019-04-15 20:17

正文

这是 Sheldon 的第 112 篇漫画,所有图片大约 9.7 MB。







一、地球上磁场强度的极限

别看万磁王片酬很高,其实他产生的磁场并不算高。



根据物理定律,他的磁场再高也不会超过地磁场的 100 万倍。


这是因为,如果万磁王的磁场强度超过了地球磁场的 100 万倍,磁场产生的拉力就会超过万磁王能承受的极限,把 万磁王 撕成碎片。到那时候,万磁王自己就会变成



所以,在地球上,4.5×10 高斯是磁场强度的极限。要想让磁场超过这个极限,我们就得把目光投向宇宙深处。


二、超越万磁王10亿倍

天文学家认为,在宇宙深处,有一种天体能够产生10 ¹² ~10 ¹⁵ 高斯的强大磁场, (最强时) 比万磁王还要强大 10 亿倍,叫作 磁星 (Magnetar)。



这么强大的磁场,不但超过了地球的极限,甚至也超过了经典力学的极限,进入了量子力学的范围。根据计算,磁星的磁场可以产生 四种神奇的量子力学现象







三、磁星为什么不会把自己撕碎?

说到这儿你可能会问了,既然磁星的磁场这么强大,磁星为什么不会把自己撕碎呢?这就要说到磁星的本来面目: 中子星



中子是原子核里的一种粒子,它的尺寸比原子小得多。如果把你缩小到中子的大小,你会发现,原子内部其实很空旷,有大量空间可以装东西。



当一颗巨大的恒星死亡时,它就会在万有引力的作用下发生塌缩,把原子压碎,把电子压进原子核 ,和质子反应,变成中子 ,最终形成一颗直径不超过 20 千米的、不断高速自转的中子星。

所以说,磁星就是由一大堆密密麻麻的中子组成的。说白了, 磁星本身就是一个巨型“原子核”



所以,磁星为什么不会把自己撕碎? 因为巨型“原子核”的材料非常坚硬,根本不怕撕。



四 、如何才能看到磁星?

说了这么多,我们怎样在哪儿能找到这么厉害的磁星呢?答案是很难,磁星的形成过程非常剧烈,导致周围烟雾弥漫,啥也看不见。



要想看到磁星,看起来似乎只有一个办法,那就是观察磁星发出的 短伽马射线暴

原来,在磁星强大的电场和磁场的作用下,磁星会沿着磁极以亚光速向外喷射大量物质,并 发出大量的、穿透力极强的伽马射线



(美编:看这就是磁星的意大利炮,腻害不?

原视频作者:ScienceAtNASA


如果站在地球上看,就像夜空中有人拿激光笔晃了晃地球的眼睛。可惜,磁星的这枚激光笔是一次性的,晃一次就没有了,而且持续时间不超过2秒钟。


(美编: 只照射一次我的眼睛都快瞎了,老板快给我加工资。不然


那么问题来了,万一磁星的“激光笔”没有对准地球呢?根据天文学家的计算,天上的磁星应该有不少,可惜大部分磁星的 激光笔 都不会刚好对准地球。

难道我们真的很难发现它们的踪迹,只能任由它们在宇宙中飘荡吗?


五、激光笔没对准? 还有手电筒!

2019 年 4 月 11 日,中国科学技术大学的薛永泉及郑学琛,和美国内华达大学张冰,北京大学李晔与紫金山天文台吴雪峰等人在《自然》杂志发表了一篇论文。

他们宣布,在没有观察到任何短伽马射线暴的情况下,他们在 66 亿光年外的一个星系边缘,发现了 一颗大质量毫秒磁星



那么,他们是通过什么办法发现这颗磁星的呢?答案是, 探测磁星发出的 X 射线“手电筒”

原来,在磁星形成以后,它不但会朝着一个很小的角度发射伽马射线,还会朝着一个很大的角度发射X射线。



由于磁星X射线的发射范围很广,它就比伽马射线更容易对准地球,从而被天文学家观测到。



如果站在地球上看,就像夜空中有人拿手电筒照地球的眼睛。



于是,研究团队在查看钱德拉 X 射线空间望远镜的数据时发现, 真的有人用这样的手电筒照过地球的眼睛

2015 年 3 月,夜空中突然冒出来一个新的 X 射线源 (XT2) ,它一直亮了 7 个小时,然后彻底熄灭。这叫作 X 射线 暂现源


研究团队 发现,这个 X 射线暂现源有两个特点:

第一,在最初的半个小时内,它的亮度几乎不变( 见下图 )。 这很符合磁星发射 X 射线“手电筒”的特点

由于磁星会 源源不断地将转动的动能传给磁场,再由磁场传给X射线,所以,X射线的亮度在爆发初期会保持不变。

第二,过了半小时以后,它的亮度突然快速下降,并且,下降的速度正好跟时间的平方呈反比。 打个比方,这就相当于说,1分钟后,它的亮度降低1倍;2分钟后,它的亮度降低4倍;3分钟后,它的亮度降低9倍;以此类推 见下图

这也很符合磁星发射X射线“手电筒”的特点 :随着磁星自转速度越来越慢,它向外传输的能量会越来越少, 因此 ,X射线的亮度也越来越低。



最后,在综合各种观测数据,并结合各种相关理论模型后,研究团队指出:这场爆发中的X 射线,全部来自一颗磁星发射的X射线“手电筒”!这颗磁星就位于66亿光年外的一个星系的边缘。







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