2018年6月，世界各地的望遠鏡從2億光年外的一個星系的旋臂上捕捉到了一個明亮的藍色閃光。儘管這個強大的爆發比科學家們所看到的任何恆星爆炸都要快得多、亮得多，但它起初似乎是一顆超新星。
這個信號在程序上被標記為AT2018cow，此後被簡單地稱為“牛(the Cow)”，天文學家將其歸類為快速藍色光學瞬變(FBOT)–一個明亮、短暫的事件，其來源不明。
現在，一個由MIT領導的團隊已經為該信號的來源找到了強有力的證據。除了明亮的光學閃光之外，科學家們還探測到一個類似於頻閃的高能X射線脈衝。他們追蹤了數以億計的此類X射線脈衝並發現這些脈衝像時鐘一樣–每4.4毫秒發生一次，時間跨度為60天。
根據這些脈衝的頻率，研究小組計算出這些X射線一定來自一個寬度不超過1000公里的天體，其質量小於800個太陽。按照天體物理學的標準，這樣一個物體將被認為是緊湊的–很像一個小黑洞或中子星。
他們的研究結果於2021年12月13日發表在《Nature Astronomy》上，其強烈表明AT2018cow很可能是一顆垂死的恆星的產物，它在坍縮的過程中誕生了一個黑洞或中子星形式的緊湊天體。這個新生的天體繼續吞噬周圍的物質並從內部吞噬恆星–這個過程釋放出巨大的能量爆發。
“我們很可能發現了超新星中一個緊湊天體的誕生。這發生在正常的超新星中，但我們以前沒有看到過，因為這是一個非常混亂的過程。我們認為這個新證據為尋找小黑洞或小中子星提供了可能性，”論文的第一作者Dheeraj”DJ”Pasham說道。據悉，他是MIT Kavli天體物理學和空間研究所的研究科學家。
“牛”的核心
AT2018cow是2018年發現的眾多“天文瞬變體”中的一個。而“牛”這個名字是天文命名過程中的一個隨機巧合。這個信號是已知的幾十個FBOT中的一個，並且它是僅有的幾個被實時觀測到的此類信號之一。它強大的閃光–為典型的超新星亮度的亮100倍–被夏威夷的一項調查發現，該調查立即向全世界的天文台發出警報。
Pasham表示：“這很令人興奮，因為大量的數據開始堆積起來。能量的數量比典型的核心塌陷超新星要多幾個數量級。而問題是，什麼可以產生這種額外的能量來源？”
對此，天文學家們提出了各種方案來解釋這個超亮的信號。如它可能是一個超新星中誕生的黑洞的產物，或它可能是一個中等重量的黑洞從一顆經過的恆星上剝離物質而產生的。然而由光學望遠鏡收集的數據還沒有以任何明確的方式解決信號的來源。Pasham想知道是否可以在X射線數據中找到答案。
“這個信號很近，並且在X射線中也很亮，這就是引起我注意的原因，”Pasham說道，“對我來說，首先想到的是，一些真正有能量的現象正在發生以產生X射線。因此，我想測試一下這個想法，即在牛的核心有一個黑洞或緊湊的天體。”
尋找脈衝
研究小組查看了NASA的中子星內部成分探測器(NICER)收集的X射線數據，這是國際空間站上的一個X射線監測望遠鏡。NICER在光學望遠鏡首次探測到“牛”之後約5天開始觀測並在接下來的60天里監測該信號。這些數據被記錄在一個公開的檔案中，Pasham和他的同事下載並分析了這些數據。
該小組通過數據來識別AT2018cow附近發出的X射線信號並確認這些發射不是來自其他來源，比如儀器噪音或宇宙背景現象。他們發現“牛”似乎正在以225赫茲的頻率發出脈衝或每4.4毫秒一次。
Pashma抓住了這個脈衝，認識到它的頻率可以用來直接計算出任何脈衝的大小。在這種情況下，脈衝物體的大小不可能大於光速在4.4毫秒內能覆蓋的距離。根據這一推理，他計算出該天體的大小必須不超過1.3×108厘米，或約1000公里寬。
“唯一可能這麼小的是一個緊湊的天體–要麼是中子星，要麼是黑洞，”Pasham說道。
研究小組通過進一步計算得出，AT2018cow發射的能量一定不超過800太陽質量。“這就排除了信號來自一個中間黑洞的想法，”Pasham表示。
除了確定這個特定信號的來源之外，Pasham稱這項研究表明還對FBOT和其他超亮現象的X射線分析可以成為研究嬰兒黑洞的一個新工具。
“每當有一個新的現象出現時，人們都會感到興奮，因為它可以說明宇宙的一些新情況。對於FBOT，我們已經表明我們可以詳細地研究它們的脈動，這在光學中是不可能的。因此這是了解這些新生緊湊物體的一種新方法，”Pasham說道。