“這在某種程度上是一個(gè)幸運(yùn)的巧合，真的，”來自FAU天文學(xué)機(jī)構(gòu)的Ole K?nig指出“這些X射線閃光只持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，幾乎不可能預(yù)測，但觀測儀器必須在準(zhǔn)確的時(shí)間直接對(duì)準(zhǔn)爆炸。”他跟J?rn Wilms博士教授和來自馬克斯-普朗克地外物理研究所、圖賓根大學(xué)、巴塞羅那加泰羅尼亞理工大學(xué)和波茨坦萊布尼茨天體物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)一起在《自然》上發(fā)表了一篇關(guān)于這次觀測的文章。

這種情況下的儀器是eROSITA X射線望遠(yuǎn)鏡，它目前位于離地球一百五十萬公里的地方，自2019年以來一直在調(diào)查天空中的軟X射線。2020年7月7日，它在天空中的一個(gè)區(qū)域測量到了強(qiáng)烈的X射線輻射，而這個(gè)區(qū)域在4小時(shí)前是完全不顯眼的。四小時(shí)后，當(dāng)X射線望遠(yuǎn)鏡測量天空中的同一位置時(shí)輻射已經(jīng)消失了。由此可見，之前完全過度暴露在探測器中心的X射線閃光一定持續(xù)了不到8小時(shí)。

像這樣的X射線爆炸在30多年前就被理論研究所預(yù)測，但直到現(xiàn)在還沒有被直接觀察到。這些X射線的火球發(fā)生在恒星的表面，這些恒星在用完大部分由氫和后來在其核心深處的氦組成的燃料之前其大小跟太陽相仿。這些恒星的尸體不斷縮小，直到剩下白矮星，它們的大小跟地球相似，但其質(zhì)量可能跟我們的太陽相似。“想象這些比例的一種方法是把太陽想象成跟蘋果一樣大小，這意味著地球?qū)⒏橆^一樣大小并以10米的距離圍繞蘋果運(yùn)行，”J?rn Wilms解釋道。

來自圖賓根大學(xué)的Victor Doroshenko博士補(bǔ)充稱：“這些所謂的新星確實(shí)一直在發(fā)生，但在大多數(shù)X射線發(fā)射產(chǎn)生的最初時(shí)刻探測它們真的很難。不僅閃光的持續(xù)時(shí)間短是一個(gè)挑戰(zhàn)，而且發(fā)射的X射線的光譜非常軟。軟X射線的能量不大，容易被星際介質(zhì)吸收，所以我們?cè)谶@個(gè)波段不能看得很遠(yuǎn)，這就限制了可觀察的物體的數(shù)量--無論是新星還是普通的恒星。望遠(yuǎn)鏡通常被設(shè)計(jì)成對(duì)較硬的X射線最有效，因?yàn)槟抢锏奈詹荒敲粗匾@正是它們會(huì)錯(cuò)過這樣一個(gè)事件的原因！”Victor Doroshenko總結(jié)道。

另一方面，如果要把一個(gè)蘋果縮小到針頭大小，那么這個(gè)微小的顆粒將保留蘋果相對(duì)較大的重量。J?rn Wilms繼續(xù)稱：“來自白矮星內(nèi)部的一茶匙物質(zhì)很容易就具有跟一輛大卡車相同的質(zhì)量。由于這些燒毀的恒星主要由氧和碳組成，我們可以把它們比作在太空中漂浮的與地球同樣大小的巨大鉆石。這些珍貴寶石形式的物體溫度很高，會(huì)發(fā)出白色的光芒。然而這種輻射非常微弱，從地球上很難探測到。

除非白矮星伴隨著一顆仍在燃燒的恒星，也就是說，當(dāng)白矮星巨大的引力從伴隨的恒星外殼中吸引氫氣時(shí)。FAU的天體物理學(xué)家J?rn Wilms說道：“隨著時(shí)間的推移，這些氫氣可以在白矮星的表面聚集成一個(gè)只有幾米厚的層。”在這層中，巨大的引力產(chǎn)生了巨大的壓力，這種壓力非常大，以至于大到導(dǎo)致恒星重新點(diǎn)燃。在一個(gè)連鎖反應(yīng)中，它很快就會(huì)發(fā)生巨大的爆炸，期間氫氣層被炸掉。像這樣的爆炸的X射線輻射就是2020年7月7日擊中eROSITA探測器的原因，產(chǎn)生了一個(gè)過度曝光的圖像。

“對(duì)來自白矮星大氣層的X射線輻射的物理來源的理解相對(duì)較好，我們可以從第一原理和精致的細(xì)節(jié)中建立它們的光譜模型。將模型跟觀測結(jié)果進(jìn)行比較可以了解這些物體的基本屬性，如重量、大小或化學(xué)成分，”來自圖賓根大學(xué)的Valery Suleimanov博士說道，“然而，在這種特殊情況下的問題是，在30年沒有光子的情況下，我們突然有了太多的光子，這扭曲了eROSITA的光譜反應(yīng)，eROSITA的設(shè)計(jì)則是為了探測數(shù)以百萬計(jì)的非常微弱的天體，而不是一個(gè)但非常明亮的物體”，Victor Doroshenko補(bǔ)充道。

J?rn Wilms則表示：“利用我們最初在支持X射線儀器開發(fā)時(shí)擬定的模型計(jì)算，我們能在一個(gè)復(fù)雜的過程中更詳細(xì)地分析曝光過度的圖像，從而獲得一個(gè)白矮星或新星爆炸的幕后觀點(diǎn)。”

根據(jù)這些結(jié)果，這顆白矮星的質(zhì)量大約相當(dāng)于我們的太陽，因此相對(duì)較大。爆炸產(chǎn)生了一個(gè)溫度約為327,000攝氏度的火球，這使其溫度為太陽的60倍。“這些參數(shù)是通過將X射線輻射模型跟Valery Suleimanov和Victor Doroshenko在圖賓根創(chuàng)建的非常熱的白矮星所發(fā)出的輻射模型相結(jié)合，以及在FAU和MPE進(jìn)行的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)格的制度下對(duì)儀器反應(yīng)的非常深入的分析而獲得的。我認(rèn)為這很好地說明了現(xiàn)代科學(xué)中合作的重要性--以及德國eROSITA聯(lián)盟中廣泛的專業(yè)知識(shí)，”來自圖賓根大學(xué)的Klaus Werner教授博士補(bǔ)充道。

由于這些新星很快就耗盡了燃料，它們會(huì)迅速冷卻，X射線輻射則會(huì)變得更弱并直到最終變成可見光，其在eROSITA探測到的半天后到達(dá)地球并被光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測到。

Ole K?nig指出，隨后出現(xiàn)了一顆看似明亮的恒星，這實(shí)際上是來自爆炸的可見光且非常明亮，以至于在夜空中可以用肉眼看到它，“像這樣看似‘新星’的現(xiàn)象在過去也曾被觀測到過。由于這些新星只有在X射線閃光后才能看到，因此很難預(yù)測這種爆發(fā)，當(dāng)它們撞上X射線探測器時(shí)主要是靠運(yùn)氣。”