科学家在“盒子里的脉冲星”计算机模拟研究过程中发现神奇秘密

脉冲星是一颗大质量恒星的破碎核心,它耗尽了燃料,在自身重量下崩溃,并以超新星的形式爆炸。它的引力相当于将比太阳质量还大的物体压缩成一个不比纽约市曼哈顿岛宽的星体引力,甚至于更恐怖,并且它同时在加速旋转并加强磁场,最可怕的是,它每秒能旋转数千次,并能产生已知最强的磁场,在脉冲星磁极上方几百码的地方,从表面拉来的电子可能具有与地球上最强大的粒子加速器所能达到的能量相当。

为了对脉冲星有更深入的了解,一个国际科学家小组正在研究一种计算机模拟的“盒子里的脉冲星”模型,该模型追踪了中子星附近磁场和电场中带电粒子的路径,揭示了脉冲星如何以超精确的时间发射伽玛射线和射电脉冲的行为。

科学家在“盒子里的脉冲星”计算机模拟研究过程中发现神奇秘密


科学家解释,这种计算机模拟追踪电子(蓝色)及其反物质亲属正电子(红色)与中子星周围强大的磁场和电场相互作用时的命运。较轻的轨道表示较高的粒子能量。在这个可视化图中看到的每个粒子实际上代表了数万亿个电子或正电子。这些特性也使脉冲星产生强大的动力,具有超强的电场,可以将粒子从表面撕裂并加速到太空。

科学家在“盒子里的脉冲星”计算机模拟研究过程中发现神奇秘密


最后科学家在该计算机模拟中发现,大多数电子倾向于从磁极向外运动,一个中等能量的电子群表现出非常奇怪的行为,向各个方向散射——甚至向脉冲星散射。其中正电子主要从低纬度流出,形成了一种相对较薄的结构,称为流片。事实上,这里能量最高的正电子——不到总正电子的0.1%——能够产生与费米探测到的类似的伽马射线,这些粒子中的一些可能会在电流片内磁场发生重新连接的点上产生巨大的能量,这个过程将储存的磁能量转化为热量和粒子加速度。

当脉冲星旋转时,这些粒子会随着磁场移动,磁场会向后扫向外。它们的转速随着距离的增加而上升,但这无法持续很长时间,因为物质不能以光速运动。等离子体的旋转速度达到光速的距离被天文学家称为光圆柱,它标志着一个突变区域。当电子接近它的时候,它们突然减速并大量分散开来。

不过目前为止,科学家表示还缺乏一个全面的理论来解释中子星的所有观测结果,需要更进一步地观测以了解更多惊人地发现。


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