宇宙喷流（宇宙中的喷泉有多厉害）

起源:我是一名科学家。

今天，《科学》发表的一篇论文首次证明了一亿多光年外的一对中子星相撞，一个巨大的世界& ldquo喷泉& rdquo& mdash& mdash接近光速的喷气式飞机。

说起来，这对中子星也算是突出的& ldquoStar & rdquo是啊！

还记得2017年地理世界爆发后，敏捷席卷全球各大媒体的大新闻(据传整个地理世界都尴尬了！真的是因为这个吗？；刚发现！地理学家在憋着即将爆炸的大新闻的时候说了什么？)?没错，他们就是那条新闻的主角。

2017年8月17日，地球上的激光Stem和引力波探测器(LIGO)探测到了引力波。两秒钟后，伽马射线卫星费米探测到持续时间为两秒钟的伽马射线爆发。

通过讨论，科学家得出结论，这种引力波和这种伽马射线爆发来自一对碰撞的中子星。这是人类第一次同时观测到同一个天体物理系统公布的引力波和电磁波，这对中子星也因此一举成名，它们的戏码才刚刚开始。

两位明星相拥，精彩绝伦。

中子星几乎都是紧密堆积的中子，半径约10公里，但质量比我们的太阳大，是地球质量的几十万倍，所以是高度致密的恒星。大质量恒星死亡时，大部分如此精细的天体被强烈的缩短挤压出来。想象一下如果两颗这样的恒星相撞会发生什么& ldquo火花& rdquo然后呢。

地理学家对此也很好奇，一直希望能直接探测到两颗中子星碰撞的各种现象，并进行了多次理论探讨。这个希望终于在2017年完成了& mdash& mdash紧紧拥抱在一起的中子星实际上是& ldquo体现非凡& rdquo带给科学家一个又一个惊喜。

科学家在随后的观测中发现了中子星碎片宣布的紫外线、可见光和红外线& mdash& mdash这是地理学家寻找了20年的东西(2013年哈勃太空望远镜发现了疑似千星，但依据不是很强，所以只是候选)。

此外，X射线望远镜和射电望远镜相互分离，发现了generate这次公布的X射线辐射和射电发射，它们与伽马射线暴& ldquox射线余辉& rdquo用& ldquo射电余辉& rdquo。

地理学家普遍认为，中子星抛出的碎片撞击了数以千计的新恒星，其旋转轴方向的喷流产生了伽马射线爆发和余辉。

这架飞机就像是世界上的一个巨人& ldquo喷泉& rdquo。

中子星碰撞后的喷流堪比世界& ldquo喷泉& rdquo。图片来源:维基共享|阿马尔·沙克尔

虽然有许多发展和惊喜，但仍有问题没有得到处理。其中一个问题是:产生伽马射线爆发和余辉的喷流是什么形状？以前人们一直不是很清楚，但是今天(北京时间2019年2月22日)，发表在《科学》上的一项新研究解开了这个谜团，为中子星碰撞增添了新的波折。

中子星碰撞时发生了什么& ldquo世界特效& rdquo？

两颗中子星绕着同一个中心旋转，慢慢靠近，最后它们相撞。在碰撞前后的短时间内，会抛出一些中子星碎片；其余的要么合并成黑洞，要么形成质量更大的中子星。

中子星碰撞的过程和壮观的& ldquo世界特效& rdquo& mdash& mdash一系列丰富多彩的地理现象。我们以2017年观测到的中子星碰撞为例来强烈观看一下:

首先上台的是引力波。中子星纠缠过程中会不断发射出引力波，但大多数时候，这些引力波都是相对& ldquo深度& rdquo(低频)，当时引力波探测器探测不到。直到碰撞的瞬间，以及碰撞前后很短的时间，才成功探测到引力波。这次探测到的引力波就是在这个时间段公布的。

两颗中子星交织在一起，宣告引力波的艺术幻想。图片来源:p .马伦菲尔德& ampNOAO/奥拉/国家科学基金会

随之而来的是一千新星(电磁波，主要是可见光)。碰撞前抛出的一些碎片会向外散开，里面的许多中子会衰变为质子，质子与剩余的中子一起形成重元素，如金、银、铀和钚等等。这些重元素中的放射性元素经过放射性衰变、裂变等过程，释放出大量能量，将这些碎片加热到数万度，辐射出紫外线、可见光、红外线。一般这种生成只需要一天左右的时间就能达到最亮，其亮度比大多数超新星都要暗，大约是典型新星的1000倍，所以被称为& ldquo成千上万的新星& rdquo。

红箭是第一个被认可的千星。图片来源1M2H/加州大学圣克鲁斯分校和卡内基天文台/Ryan Foley。

伴随伽马射线暴(主要是电磁波和伽马射线)。碰撞前抛出的另一部分碎片会从头落回中心，堆积成一个圆盘，也就是& ldquo吸积盘& rdquo。吸积盘和中心黑洞或大质量中子星形成一个系统。吸积盘中的物质向内坠落，黑洞或中子星向旋转轴方向喷射宣告喷流，喷流中的电子被加速，辐射出许多伽玛射线，形成伽玛射线暴。

之后还有伽玛射线暴的多波段余辉(主要是电磁波、X射线和射电)。伽玛射线暴的喷流向外喷出时，会撞击周围空间的弱介质，使介质中的电子加速。高速电子释放出伽马射线、X射线、可见光和射电辐射，这些结合起来形成伽马射线暴的多波段余辉。如果余辉中有可见光，那么在成千上万颗新星中，它会与可见光混合在一起。这次观测到的只有X射线余辉和射电余辉。

(注:由于观测条件的限制，以及需要数千颗新星足够亮才能被望远镜探测到至少几个小时，数千颗新星是在伽玛射线暴被探测到十个半小时后才被探测到的。)

艺术幻想图:中子星碰撞后，一些碎片公布后向外散落，环绕系统，形成一千颗新星；部分碎片回落形成吸积盘，吸积盘中的物质落到中央黑洞或超大质量中子星，从黑洞或中子星的旋转轴方向喷出，形成伽玛射线暴；喷流与星际空间中的物质相互作用，产生多波段余辉。:图片来源:G . o . s .萨拉菲亚.吉尔兰达，美国宇航局/CXC/GSFC/B .威廉姆斯等人.

世界& ldquo喷泉& rdquo你也必须表明你的身份

然而，这种喷射器不限于一种情况。中子星可能形成真正的喷流、喷茧和& ldquo窒息的喷射。。

所谓真喷，就是在太空中成功传送的喷流，速度接近光速；喷射茧是向外喷射时，射流与周围物质相互作用后形成蚕茧形状的一种结构，比真正的射流要宽得多。喷流被呛是指喷流没有被成功冲出，而是被中间的物质堵住了，就像人吃饭的时候被东西呛到，东西进不了肚子。

不同类型喷射器的示意图。制片人:Yuki，王珊琴

那么，2017年双中子星碰撞的喷流发生了什么？刚刚公布的研讨会刚刚回答了这个问题。

为了确定伽马射线爆发和余辉喷流的详细结构，意大利科学家吉尔兰达(Ghirlanda)领导的一支团队使用分布在五大洲的32架射电望远镜阵列，在generate事件发生后207.4天观测了射电余辉。需要强调的是，这里所说的余辉并不是整个事物的余辉，而只是介于两者之间的伽玛射线暴的余辉。

分布在五大洲的32台射电望远镜参与了观测。图片来源:保罗·博芬

根据获得的数据，Ghirlanda等人测量了喷流的大小。他们的研究表明，它不是喷射茧，也不是令人窒息的喷射，而是真正的喷射，速度极快，接近光速。吉尔兰达认为双中子星碰撞的10%左右会构成这样一个世界& ldquo喷泉& rdquo。

世界& ldquo喷泉& rdquo(喷气式飞机的)艺术幻想。图片来源:科学|Beabudai设计

中子星碰撞的世界& ldquo喷泉& rdquo在多国学者的协作讨论下，最终确定。准确的说，这是一个& ldquo结构化& rdquo真喷气机，不是最简单的真喷气机。

值得指出的是，这32台射电望远镜中有3台位于中国:昆明、上海和乌鲁木齐。这三台望远镜分别属于中科院云南地理站、上海地理站和新疆地理站。因此，本文有中国学者的贡献。

这项研究成果首次确定了两颗中子星碰撞形成的喷流的详细形状，是该领域的重要进展，再次表明了国际合作的重要性。