有史以来最大的中子星被发现!这可能是最大的一颗!

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上图用虚拟的图像表明中子星的脉冲被白矮星扭曲了。图源:BSaxton, NRAO/AUI/NSF

根据这次最新的研究,科学家们已经发现了有史以来最大的中子星。

中子星是这片天空中最奇怪的天体之一。它们异常紧凑:跨度只有堪堪几英里,却比太阳还要巨大。测量表明,有一颗叫做MSP J0740+6620的中子星,它的质量至少是太阳质量的两倍,而且,其质量可能与这些物体可以获得的质量相当。

“寻找更多巨大的中子星非常有趣,因为这些结果会帮助我们限定这些中子星的状态方程……该方程描述了物质在其内部的行为。”该研究的第一作者,弗吉尼亚大学的博士候选人谢克弗·克罗马蒂告诉吉摩多。

计算中子星的质量对理解这类陌生物体的初始存在很重要。虽然天文学家普遍认为中子星的质量应该约为1.4个太阳质量。但是,这一测量已经发现了更多的巨大例子。

在过去的12年里,有一个叫做NANOGrav的科学家国际合作组织使用格林河道和哈雷西望远镜观测了数十个中子星。这些努力是寻找低频引力波的一部分——低频引力是时空的波动,就像利勾发现的那样,但是波峰之间的周期更长。具体来说,他们对一种叫脉冲中子星的脉动着的中子星感兴趣。MSP J0740+6620也是其中之一。

研究人员使用格林银行望远镜对MSP J0740+6620进行了专门的观测,以确定其质量,使用的方法则是相对论的夏匹若延迟。这个脉动星与另一个被称为白矮星的紧凑天体形成了一个双星的系统。这两个行星相互绕行,并且,从我们地球上的观测角度看,他们彼此并排通过。当白矮星经过脉动星的前方时,似乎会引起脉动的轻微延迟,因为白矮星的引力会稍微扭曲空间的形状,因此光线必须通过一条更长的路径。研究人员用这种方式来确定白矮星的质量。并且反过来确定了脉动星的质量是太阳的2.14倍,绝对不止两倍太阳质量。最后,他们将此发现发表在了《自然天文学》上。

不幸的是,我们很难再找到类似的系统进行研究。因为我们从地球上观测它们时,它们必须以正确的角度倾斜。但是,当科学家们发现它们时,它们便是确定中子星质量最可靠的工具之一,克罗马蒂说。她指出,其他的技术可能已经测量了更大质量的中子星,但是这些其他技术产生的测量结果会有较大的误差。

西弗吉尼亚格林河道天文台的NSF计划主任哈萨尔·古普塔解释说,这种脉动星的质量使其可能处于此类天体的上限——甚至更大,并且有可能坍塌成黑洞。古普塔对NANOGrav如何补充利勾和处女座引力波观测站的发现也感到兴奋。“在天文学和紧凑物体的物理学方面,这是一项非常扎实的努力。”

克罗马蒂告诉吉兹莫多,她期待看到更多有关该物体的数据,例如来自加拿大CHIME射电望远镜的更频繁的观察,以及NICER X射线天空望远镜对物体半径的测量。这些观察结果可以帮助物理学家进一步完善我们对这些陌生恒星的了解。

克罗马蒂说:“能够知道如此令人高兴的结果,我感到非常幸运。”

相关知识

中子星(英语:neutron star),是恒星演化到末期,经由引力坍缩发生超新星爆炸之后,可能成为的少数终点之一。恒星在核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽,当它们最终转变成铁元素时便无法从核聚变中获得能量。失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引会急速向核心坠落,有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发产生超新星爆炸,或者根据恒星质量的不同,恒星的内部区域被压缩成白矮星、中子星或黑洞。

若是白矮星被压缩成中子星,过程中恒星遭受剧烈的压缩使其组成物质中的电子并入质子转化成中子,直径大约只有十余公里,但上面一立方厘米的物质便可重达十亿吨,且旋转速度极快。由于其磁轴和自转轴并不重合,磁场旋转时所产生的无线电波等各种辐射可能会以一明一灭的方式传到地球,有如人眨眼,此时称作脉冲星。

作者: Ryan F. Mandelbaum

FY: 小羊

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