宇宙测速相机刚刚揭示了世界上第一个中子星喷流的惊人速度

中子星能以多快的速度将强大的射流送入太空?事实证明，答案大约是光速的三分之一，正如我们的团队刚刚在《自然》杂志上发表的一项新研究中揭示的那样。

被称为喷流的高能宇宙束在我们的宇宙中随处可见。当物质(主要是灰尘和气体)落入任何致密的中心物体时，例如中子星(曾经大质量恒星的极其致密的残余物)或黑洞，它们就会被发射。

喷流带走了下落气体释放的一些重力能，以更大的规模将其回收回周围环境。

宇宙中最强大的喷流来自星系中心最大的黑洞。这些喷流的能量输出可以影响整个星系甚至星系团的演化。这使得喷气机成为我们宇宙的一个重要且有趣的组成部分。

尽管喷气式飞机很常见，但我们仍然不完全了解它们是如何发射的。测量中子星的喷流现在为我们提供了宝贵的信息。

来自恒星尸体的喷气机

来自黑洞的喷流往往很明亮，并且已经得到了充分的研究。然而，中子星喷流通常要弱得多，人们对它们的了解也少得多。

这就提出了一个问题，因为我们可以通过比较不同天体发射的喷流来了解很多东西。中子星是极其致密的恒星尸体——城市大小的宇宙灰烬，但其质量却相当于一颗恒星。我们可以将它们视为巨大的原子核，每个直径约20公里。

与黑洞相比，中子星既有固体表面又有磁场，落到中子星上的气体释放的引力能较少。所有这些特性都会影响喷气机的发射方式，使得中子星喷气机的研究特别有价值。

喷气式飞机如何发射的一个关键线索来自于它们的速度。如果我们能够确定喷射速度如何随中子星的质量或自转而变化，这将为理论预测提供有力的检验。但要足够准确地测量喷射速度以进行此类测试是极具挑战性的。

宇宙测速相机

当我们测量地球上的速度时，我们会计算物体在两点之间的时间。这可以是在跑道上奔跑的100米短跑运动员，也可以是跟踪汽车的点对点测速摄像头。

我们的团队由来自巴勒莫意大利国家天体物理研究所的托马斯·拉塞尔领导的团队进行了一项新的实验，以针对中子星喷流做到这一点。

过去使这种测量变得如此困难的原因是射流是稳定的流动。这意味着我们的计时器没有单一的起点。但我们能够识别X射线波长的短暂信号，我们可以将其用作我们的“发令枪”。

中子星的密度如此之大，可以从附近的轨道伴星中“窃取”物质。虽然其中一些气体以射流的形式向外发射，但大部分最终落到中子星上。随着材料的堆积，它会变得更热、更致密。

当足够的材料积累起来时，就会引发热核爆炸。失控的核聚变反应发生并迅速扩散以吞没整个恒星。融合持续几秒到几分钟，产生短暂的X射线爆发。

距离解开谜团又近了一步

我们认为这种热核爆炸会破坏中子星的喷流。因此，我们使用CSIRO的澳大利亚紧凑型望远镜阵列，在无线电波长下观察喷流三天，试图捕捉到干扰。与此同时，我们使用欧洲航天局的积分望远镜观察了该系统发出的X射线。

令我们惊讶的是，我们发现每次X射线脉冲后喷流都会变得更亮。热核爆炸似乎没有扰乱喷气机，而是为它们提供了动力。这种模式在一个中子星系统中重复了十次，然后在第二个中子星系统中再次重复。

如果X射线脉冲导致中子星周围旋转的气体更快地向内坠落，我们就可以解释这一令人惊讶的结果。这反过来又提供了更多的能量和材料转移到喷气机中。

然而，最重要的是，我们可以使用X射线爆发来指示喷气机的发射时间。我们计算了它们向外移动到在两种不同无线电波长下可见的位置所需的时间。这些起点和终点为我们提供了宇宙测速相机。

有趣的是，我们测量的喷射速度接近中子星的“逃逸速度”。在地球上，逃逸速度为每秒11.2公里——火箭需要达到这个速度才能摆脱地球引力。对于中子星来说，这个值大约是光速的一半。

我们的工作引入了一种测量中子星喷流速度的新技术。我们的下一步将是观察不同质量和旋转速率的中子星的射流速度如何变化。这将使我们能够直接测试理论模型，使我们更接近弄清楚如此强大的宇宙喷流是如何发射的。