哈勃太空望远镜观察到中子星合并引发的爆炸与喷射事件GW170817

哈勃太空望远镜观察到中子星合并引发的爆炸与喷射事件GW170817
（神秘的地球uux.cn）据cnBeta：每秒超过299,000,000米--一个超快的喷射现象从一次中子星碰撞事件中出现。中子星是太空大质量恒星爆炸后幸存的"垃圾压缩"核心。尽管重量超过了我们的望远太阳，但它们可以装进纽约市。镜观件在这种无法想象的中星炸喷密度下，一茶匙的射事表面物质在地球上至少有40亿吨重。
上图是哈勃合并艺术家对两颗中子星碰撞的印象。两颗密集的太空恒星残余物之间的碰撞释放出1000个标准恒星新星爆炸的能量。在碰撞的望远后果中，一个喷灯式的镜观件辐射射流以近乎光速的速度喷射出来。射流沿着一个被强大磁场限制的中星炸喷狭窄光束被引导。咆哮的射事射流犁入并扫除了周围星际介质中的物质。
想象一下，哈勃合并当两颗这样凝结的太空炮弹迎面相撞时会发生什么。它们在一种叫做引力波的望远现象中甚至搅动了时间和空间的结构，这种现象可以由地球上的探测器测量。
这一爆炸事件被命名为GW170817，于2017年8月被观测到。爆炸释放的能量与超新星爆炸的能量相当。这是第一次对中子星合并产生的引力波和伽马辐射的联合探测。
在摧古拉朽的的后果中，一股喷灯式的辐射以近乎光速的速度喷射出来，猛烈地撞击着被湮没的这对组合周围的物质。哈勃在碰撞后两天就出现在了爆炸现场。天文学家用哈勃测量了射流撞上的一团物质的运动。当喷气机以接近光的速度离开爆炸现场时，这团物质向外移动，就像一片被花园水管中的水流卷入的树叶。
从哈勃和射电望远镜中收集到的令人难以置信的精确度，用来测量这个圆球的轨迹，相当于测量从地球上看到的放在月球上的12英寸比萨饼的直径。这是正在进行的对中子星碰撞的调查中的一个重要分水岭，这种碰撞一直响彻整个宇宙。
天文学家利用美国宇航局的哈勃太空望远镜进行了一项独特的测量，表明在两颗中子星之间的巨大碰撞中，一股喷流以超过99.97%光速的速度被吹过太空。
这一爆炸性事件被称为GW170817，发生在2017年8月。爆炸产生的能量堪比超新星爆炸。这是第一次从双中子星合并中一起检测到引力波和伽马射线。
这是研究这些非凡碰撞的一个重要转折点。除了发现引力波外，全世界和太空中的70个观测站都看到了这次合并的后果，涉及大片的电磁波谱。这标志着时域和多信使天体物理学领域的一个重要发展，它利用包括引力波和光在内的一些"信使"来分析宇宙在时间上的进展。
仅仅两天后，科学家们迅速将哈勃对准了爆炸的位置。中子星坍缩成一个黑洞，其强大的引力开始吸引物质向它靠近。这些物质迅速旋转，产生了从其两极向外移动的喷流。咆哮的射流撞上了爆炸碎片的扩大外壳，并卷起了碎片，这包括一个物质圆球，极端速度的喷射就是在这里发生。
尽管该事件发生在2017年，但科学家们花了几年的时间来弄清楚如何分析哈勃的数据以及来自其他望远镜的数据，以描绘出这幅完整的画面。
哈勃的观测结果与美国国家科学基金会的多个射电望远镜的观测结果相结合，共同进行超长基线干涉测量（VLBI）。无线电数据是在爆炸后75天和230天拍摄的。
加州帕萨迪纳加州理工学院的Kunal P. Mooley说："我很惊讶哈勃能给我们提供如此精确的测量，这可以与遍布全球的强大的射电VLBI望远镜所达到的精度相媲美，"他是最近发表在《自然》杂志上的论文的主要作者。
除了VLBI之外，作者还使用了哈勃数据和来自欧空局（欧洲航天局）盖亚卫星的数据，以达到极度精确。马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的杰伊-安德森说："花了几个月的时间对数据进行仔细分析，才做出这个测量。"
喷流看上去超过了光速，其实不是
通过结合不同的观测数据，他们能够准确地确定爆炸地点。哈勃的测量结果显示，喷流以七倍于光速的表面速度移动。无线电观测显示喷气机后来减速到比光速快四倍的表面速度。但在现实中，没有什么能超过光速，所以这种"超光速"运动是一种假象。因为喷射的景象几乎是以光速接近地球的，所以它在稍后时间发出的光的距离更短。从本质上讲，喷射现象本身是在追赶自己的光。实际上，发射光的间隔时间比观察者想象的要长。这导致物体的速度被高估了，在这种情况下，似乎测量起来它的速度远远超过了光速。
加州大学伯克利分校的卢文斌说："我们的结果表明，喷气机在发射时至少以99.97%的光速运动。"
哈勃测量结果与2018年宣布的VLBI测量结果相结合，大大加强了长期以来推测的中子星合并和短时伽马射线暴之间的联系。这种联系需要一个快速移动的喷流出现，现在已经在GW170817中测量到。
这项工作为更精确地研究由LIGO、Virgo和KAGRA引力波观测站探测到的中子星合并铺平了道路。在未来几年有了足够大的样本，相对论射流的观测可能为测量宇宙的膨胀率提供另一条线索，这与一个被称为哈勃常数的数字有关。
目前，早期宇宙和附近宇宙的哈勃常数估计值之间存在差异，这是当今天体物理学中最大的谜团之一。不同的数值是基于哈勃和其他天文台对Ia型超新星的极其精确的测量，以及欧空局普朗克卫星的宇宙微波背景测量。更多关于相对论喷流的观点可以为试图解开这个谜团的天文学家们增加有用的信息。