太空与天文预印本理论阅读 1 分钟

银河系内发生过一次中子星碰撞?

两颗中子星合并时,碰撞会抛出富含中子的物质,这些物质通过快速中子俘获过程——即r过程——合成比铁更重的元素。随后出现的闪光称为千新星。在我们的银河系中,这类合并十分罕见:作者引用的发生率为每年10⁻⁵至10⁻⁴次,因此千新星遗迹应该只有寥寥几个,而超新星遗迹则有数百个。迄今为止,还没有发现过一个千新星遗迹。

伽马射线天空中的“孤儿”

位于纳米比亚的H.E.S.S.望远镜在2004至2013年的银道面巡天中,发现了78个甚高能伽马射线源;其中30个至今仍无法解释。其中一个——HESS J1507−622——格外引人注目。它位于银道面下方约3.5度处,比大多数这类源都要远得多。它很致密(直径约0.3度),亮度稳定,从费米卫星观测的GeV能段到H.E.S.S.观测的TeV能段都很明亮。

然而在较低能段几乎什么都没有:没有相应的X射线辉光,没有射电壳层,也没有脉冲星。两个常见的“嫌疑对象”都难以自圆其说。脉冲星风云需要一颗至今没人找到的脉冲星,而且在距离超过约10千秒差距后,其能量收支将变得不可能成立。超新星遗迹则应呈现壳层结构,并且通常停留在其前身恒星诞生的盘面附近。

银道面上未证认伽马射线源与超新星遗迹的分布图。

30个未证认的H.E.S.S.源(黑色圆圈)和310个已知超新星遗迹(灰色圆点);HESS J1507−622是红色星形标记,远在盘面下方。——图1,Sarmah等(2026),arXiv:2609.38341。

是电子,而不是质子

北京中国科学院高能物理研究所的Prantik Sarmah、Xilu Wang及其同事,与圣母大学Rebecca Surman的团队一起,重新审视了H.E.S.S.团队在2011年曾提出又放弃的一个想法。当时的反对理由在于能量:如果用质子产生这些伽马射线,就需要一次强大到荒谬的爆发。

新模型改用电子。这些电子被膨胀残骸的激波加速后,把宇宙微波背景的光子“踢”到伽马射线能量。何况质子在这里本来就派不上用场:源周围的气体极其稀薄,大约每一千立方厘米只有一个粒子,一个质子要走约11吉秒差距才会撞上任何东西。

偏离盘面的位置也说得通。一对中子星在诞生时会受到一次“反冲踢”;如果以每秒10至100千米的速度离开银河系核球,它需要1亿至10亿年才能到达这个位置,这与此类双星合并前的典型延迟时间一致。

年轻,而且近到本可以被看见

为了匹配该源的大小和亮度,模型把它定位在3.8至14.3千秒差距处,年龄为200至3000年,更倾向于不到1000年。模型预测的射电和X射线辉光都低于目前所有的观测上限。

从射电到TeV能段的四幅模型能谱图,附有伽马射线数据点。

年龄分别为0.2、0.5、1和3千年时的模型辐射:电子散射微波光子的成分(蓝色)与费米和H.E.S.S.的数据相符;橙色鼓包是衰变中的r过程原子核发出的MeV信号。——图3,Sarmah等(2026),arXiv:2609.38341。

以合并事件GW170817为参照进行换算,这样一颗千新星在最亮时的视星等应在**−0.8至−3.2**之间,可与最亮的行星相媲美。为什么没有任何历史记载?作者给出了三个原因:千新星每天变暗约1.1个星等,因此这场“表演”持续不到九天;该源位于赤纬−62°,超出了中国、日本、埃及和欧洲那些留有完善记录的观星者的视野;而且尘埃可能使它变暗了。

捕捉它的三种方法

  • 新合成的重原子核放射性衰变产生的MeV伽马射线:对NuSTAR或即将发射的COSI来说太暗,但如果遗迹年龄小于约1000年,MeVGRO这类下一代仪器就有能力探测到。
  • 光回波:最初的闪光被星际尘埃反射,亮度为每平方角秒27至33星等,大型望远镜和鲁宾天文台能够观测到。它甚至可能揭示爆发本身的光谱。
  • 温暖尘埃发出的中红外辉光,以及——如果视线方向上有一团致密云——可能产生的中微子。

这篇论文仍然只是基于现有数据提出的假说,作者强调,仅凭伽马射线能谱无法把千新星遗迹与其他候选解释区分开来。如果这些特征中有一个被发现,银河系就将在家门口提供一个可供研究的千新星遗迹——作者称这是前所未有的机会。

Legal notice