科學家在「盒子裡的脈衝星」計算機模擬研究過程中發現神奇祕密

脈衝星是一顆大質量恆星的破碎核心,它耗盡了燃料,在自身重量下崩潰,並以超新星的形式爆炸。它的引力相當於將比太陽質量還大的物體壓縮成一個不比紐約市曼哈頓島寬的星體引力,甚至於更恐怖,並且它同時在加速旋轉並加強磁場,最可怕的是,它每秒能旋轉數千次,並能產生已知最強的磁場,在脈衝星磁極上方几百碼的地方,從表面拉來的電子可能具有與地球上最強大的粒子加速器所能達到的能量相當。

為了對脈衝星有更深入的瞭解,一個國際科學家小組正在研究一種計算機模擬的“盒子裡的脈衝星”模型,該模型追蹤了中子星附近磁場和電場中帶電粒子的路徑,揭示了脈衝星如何以超精確的時間發射伽瑪射線和射電脈衝的行為。

科學家在“盒子裡的脈衝星”計算機模擬研究過程中發現神奇秘密


科學家解釋,這種計算機模擬追蹤電子(藍色)及其反物質親屬正電子(紅色)與中子星周圍強大的磁場和電場相互作用時的命運。較輕的軌道表示較高的粒子能量。在這個可視化圖中看到的每個粒子實際上代表了數萬億個電子或正電子。這些特性也使脈衝星產生強大的動力,具有超強的電場,可以將粒子從表面撕裂並加速到太空。

科學家在“盒子裡的脈衝星”計算機模擬研究過程中發現神奇秘密


最後科學家在該計算機模擬中發現,大多數電子傾向於從磁極向外運動,一箇中等能量的電子群表現出非常奇怪的行為,向各個方向散射——甚至向脈衝星散射。其中正電子主要從低緯度流出,形成了一種相對較薄的結構,稱為流片。事實上,這裡能量最高的正電子——不到總正電子的0.1%——能夠產生與費米探測到的類似的伽馬射線,這些粒子中的一些可能會在電流片內磁場發生重新連接的點上產生巨大的能量,這個過程將儲存的磁能量轉化為熱量和粒子加速度。

當脈衝星旋轉時,這些粒子會隨著磁場移動,磁場會向後掃向外。它們的轉速隨著距離的增加而上升,但這無法持續很長時間,因為物質不能以光速運動。等離子體的旋轉速度達到光速的距離被天文學家稱為光圓柱,它標誌著一個突變區域。當電子接近它的時候,它們突然減速並大量分散開來。

不過目前為止,科學家表示還缺乏一個全面的理論來解釋中子星的所有觀測結果,需要更進一步地觀測以瞭解更多驚人地發現。


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