迄今為止發現的質量最大的中子星_風聞

原創：牧夫天文

文章來源：Green Bank Observatory

原作：Green Bank Observatory

翻譯：黃雪妮

校譯：牧夫天文校對組

編排：王璞

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https://eurekalert.org/pub_releases/2019-09/gbo-mmn091319.php

脈衝星PSR B1509-58的輻射，一個快速旋轉的中子星，使得周邊氣體X射線發光（金色，來自錢德拉）並且照亮星雲的其他部分.

圖片來源 WISE

中子星—發生超新星爆炸的大質量恆星的坍縮殘骸--是目前宇宙中所知的密度最大的“正常”天體（嚴格來講，黑洞密度更大，但是黑洞遠談不上正常）。一塊方糖大小的中子星物質在地球上會重達1億噸，這相當於所有人類加起來的體重。雖然天文學家和物理學家已經研究中子星幾十年了， 但是這些星體內部的本質仍然有許多未解之謎， 比如，坍塌的中子會變成超級流體並自由流動嗎？它們會分解成亞原子夸克或其他奇特的粒子嗎？物質坍縮成黑洞的引力臨界點是多少？

一支天文學家團隊利用美國國家科學基金會的格林班克望遠鏡(GBT) 讓我們離找到答案更近了一步。

這些來自於NANOGrav

物理前沿中心的研究員發現了一顆名為J0740+6620的毫秒級轉速的脈衝星，它是目前為止所探測到的質量最大的中子星。這顆直徑只有30公里的星體的質量卻是太陽的2.17倍，這個比值接近了一個物體不塌縮成黑洞的情況下，其密度所能大到的最大值。近期LIGO觀測中子星碰撞產生引力波的數據表明，2.17個太陽質量可能非常地接近這個極限值。

弗吉尼亞大學的研究生Thankful Cromartie認為“中子星既神秘又迷人”。夏洛茨維爾國家射電天文台的博士研究生Grote Rebe 説，“這些城市大小的天體本質上是巨大的原子核聚集體。它們的密度是如此的巨大，以至於它們的內部呈現出一些奇異的特性。找到物理和自然所允許的最大質量，可以讓我們學習到很多關於天體物理學中原本無法觸及的領域的知識。”

蟹狀星雲脈衝星的X射線/可見光波段合成圖像

圖片來源 WIKI

脈衝星得名於它們從磁極發射出的兩束無線電波。這兩束電波像燈塔一樣掃過太空。有的每秒旋轉數百次。由於脈衝星以如此驚人的速度和規律性旋轉，天文學家可以把它們當作宇宙中的原子鐘。這種精確的計時有助於天文學家研究時空的本質，測量恆星物體的質量，並提升他們對廣義相對論的理解。

脈衝星錐形掃射

圖片來源 Sky and telescope

這個雙星系統幾乎是側面朝着地球的，這為天文學家計算這兩顆星體的質量提供了一個途徑。

當滴答作響的脈衝星從它的白矮星伴星後面經過時，信號的到達時間會出現微小的延遲(大約為千萬分之一秒)。這種現象被稱為“夏皮羅延遲”（“引力時間延遲”）。從本質上講，根據愛因斯坦的廣義相對論，白矮星的引力會輕微扭曲它周圍的空間。這種扭曲意味着，來自於旋轉中子星的脈衝在經過被白矮星扭曲了的時空時，會要繞一小段路。

天文學家可以利用這段延遲的時間來計算白矮星的質量。一旦其中一顆共軌星體的質量計算出來了，那另一個星體的質量也就能比較簡單地計算出來了。

這項研究發表於《自然-天文學》雜誌，Cromartie是這篇文章的主要作者。GBT的觀測與她的博士論文研究課題相關，她在博士論文中提出通過觀察雙星系統中共同軌道的兩個特定的點來準確計算中子星的質量。

這篇文章的聯合作者，NRAO的天文學家Scott Ransom 説，“這個雙星系統的朝向創造了一個特別奇妙的宇宙實驗室。”；“中子星有一個極限值，超過這個極限值，它的內部密度就會變得極大，以至於引力會大到連中子都沒法抵抗從而繼續塌縮。我們發現的每一顆 ‘質量最大’的中子星都讓我們更接近於確定這個極限值，並幫助我們理解在極大密度下物質的物理特性。”

『天文時刻』 牧夫出品

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吃一小勺中子星？

圖片來源 騰訊