哈勃发现恒星撞击产生的超高速喷流

天文学家使用美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜进行了一项独特的测量，表明两颗中子星之间的巨大碰撞推动了一股以超过99.97%光速的速度掠过太空的喷流。

这起爆炸事件名为GW170817，发生在2017年8月。这次爆炸释放出的能量与超新星爆炸相当。这是首次对双星-中子星合并产生的引力波和伽马辐射进行联合探测。

两颗中子星是大质量恒星爆炸后幸存的核心，它们碰撞在一起，在时间和空间结构中产生了一种称为引力波的现象。随后，一股喷灯式的辐射射流以几乎光速喷出，猛烈撞击着这对被抹杀的恒星周围的物质。天文学家利用哈勃望远镜测量了喷流撞击到的一团物质的运动。

这是正在进行的这些非同寻常的碰撞调查的一个重要分水岭。除了引力波探测外，全球和太空中的70个天文台在广阔的电磁波谱范围内共同观测到了这次合并的后果。这预示着时域和多信使天体物理学这一新兴领域的重大突破，即利用光和引力波等多个“信使”来研究宇宙随时间的变化。

仅仅两天后，科学家们就迅速将哈勃望远镜对准了爆炸现场。中子星坍塌成一个黑洞，黑洞的强大引力开始将物质拉向它。这种物质形成了一个快速旋转的圆盘，产生从两极向外移动的喷流。轰鸣的喷气式飞机撞击并卷起了爆炸碎片膨胀外壳中的物质。其中包括一团物质，一股喷流从中喷出。

虽然这一事件发生在2017年，但科学家们花了几年时间才想出一种方法来分析哈勃望远镜的数据和其他望远镜的数据，从而描绘出这幅全貌。

哈勃望远镜的观测与美国国家科学基金会的多台射电望远镜的观测相结合，共同进行超长基线干涉测量（VLBI）。无线电数据是在爆炸发生后75天和230天采集的。

加州帕萨迪纳加州理工学院的Kunal P.Mooley是10月13日发表在《自然》杂志上的一篇论文的主要作者。

除了VLBI之外，作者还使用了哈勃望远镜的数据和欧空局（欧洲航天局）盖亚卫星的数据，以实现极高的精度。马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的杰伊•安德森说：“对数据进行了数月的仔细分析，才做出了这一测量。”

这是艺术家对两颗中子星碰撞的印象。两颗致密恒星残余之间的碰撞释放出1000颗标准恒星新星爆炸的能量。碰撞后，喷灯喷出的辐射几乎以光速喷出。喷流是沿着一个被强大磁场限制的狭窄光束引导的。咆哮的喷流冲入并卷走了周围星际介质中的物质。

通过结合不同的观测结果，他们能够精确定位爆炸地点。哈勃望远镜的测量显示，喷流的表观速度是光速的七倍。无线电观测显示，这架喷气式飞机后来减速到了比光速快四倍的表观速度。

事实上，没有什么能超过光速，所以这种“超光速”运动是一种幻觉。由于喷流正以接近光速的速度接近地球，因此它稍后发出的光距离较短。本质上，喷气式飞机是在追逐自己的光芒。事实上，在喷流发光之间经过的时间比观察者想象的要长。这导致物体的速度被高估——在这种情况下，似乎超过了光速。

加州大学伯克利分校的陆文斌说：“我们的研究结果表明，这架喷气式飞机发射时的移动速度至少是光速的99.97%。”

哈勃望远镜的测量结果与2018年宣布的VLBI测量结果相结合，大大加强了中子星合并与短时间伽马射线爆发之间长期存在的联系。这种连接需要一个快速移动的喷流出现，现在已经在GW170817中进行了测量。

这项工作为LIGO、室女座和KAGRA引力波天文台探测到的中子星合并的更精确研究铺平了道路。随着未来几年足够大的样本，相对论性喷流观测可能会为测量宇宙膨胀率提供另一条线索，该膨胀率与哈勃常数有关。

目前，早期宇宙和附近宇宙的哈勃常数值之间存在差异，这是当今天体物理学中最大的谜团之一。不同的数值是基于哈勃和其他天文台对Ia型超新星的极其精确的测量，以及欧空局普朗克卫星对宇宙微波背景的测量。更多相对论性喷流的视图可以为试图解开这个谜题的天文学家提供信息。

哈勃太空望远镜是美国国家航空航天局和欧空局之间的一个国际合作项目。美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理这架望远镜。马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃望远镜的科学操作。STScI由华盛顿特区的天文学大学研究协会为NASA运营。