武汉大学天体物理中心在强磁场中子星与引力波辐射研究取得重要突破

2018-05-22 03:02:05

超新星是质量较大的恒星演化到末期时发生的剧烈爆炸现象。超新星爆发过程中能产生极其明亮的电磁辐射,持续时间为几十天甚至几个月。我国古代就有关于超新星爆发记载,其中最著名的就是发生在北宋的至和元年五月的天关客星,即超新星1054。按照超新星光谱中不同元素的吸收线可将超新星分为I型(没有氢吸收线)超新星和II型(有氢吸收线)超新星。其中作为I型的一个亚种Ia型超新星,由于其光度几乎是一致的,因此被用来作为标准烛光研究宇宙学。

而对于少数贫氢的I型超新星,它们的峰值光度比大多数Ia型超新星的亮几倍到十倍左右,甚至可达10^44 erg/s。极高峰值光度使得它们在很远的距离上都能被观测到。最近,人们在红移z=6接近宇宙再电离时期处观测到一颗超亮超新星。因此,超亮超新星可作为研究早期宇宙的探针。关于超亮超新星如此高光度的原因目前仍不是很清楚,可能的供能机制有镍56放射性衰变加热,超新星抛射物与环境介质碰撞产生激波而加热,及新生磁星通过磁偶极辐射注入能量。磁星是一种具有极高表面磁场(10^{14-15}G)的中子星,并且其内部可能存在10^16 G环向磁场,比地面实验室中所创造的最高磁场高一百万倍。磁星的强磁场使得它们可能产生较强的引力波辐射,是地面引力波探测器advanced LIGO及Vrigo的重要目标之一。此外,磁星为人们研究强磁场中致密物质的物态提供了一个绝佳的目标。

近日,武汉大学物理科学与技术学院博士后程泉及其合作者在中子星物理与引力波辐射研究方面取得重大突破,提出通过超亮超新星观测探究新生磁星的物理,该成果发表在国际知名期刊Physical Review D上,论文第一署名单位是武汉大学,论文第一作者和通讯作者为天体物理中心程泉博士。

基于超亮超新星的磁星供能模型,我院博士后程泉及其合作者在考虑新生磁星的热演化,自转演化,磁倾角演化和可能的中子超流临界温度的基础上,计算了磁星供能的超亮超新星光变。其结果显示在一定的磁星内部环向磁场,初始自转,直接Urca核半径和中子超流临界温度下,光变曲线在峰值光度后会出现鼓包。并且鼓包出现时间,大小与这些参数密切相关。他们首次提出,通过拟合观测到的具有这类鼓包的光变曲线,可以得到一些难以直接观的磁星物理参数的信息,比如,内部环向磁场强度,初始自转,星体内部结构,中子超流临界温度。程泉博士的合作导师王伟教授表示,该研究对研究磁星的强磁场起源,诞生时的初始自转周期,中子星的状态方程,强磁场高密物态下的超流物理,及新生磁星的引力波探测方面有着重要意义。

该研究得到了国家自然科学基金委,国家重点研发计划,中科院前沿科学重点研究项目和中国博士后科学基金会的资助。

文章链接:https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.103012