根據最新的超精準測量,一個常規的中子星僅有13.6英裡寬

2020-12-15 天文在線

中文簡介： 典型的中子星包含的質量高達 一百萬個地球的，但它們並不比中等大小的城市大。天文學家用太陽質量來描述中子星的重量，其中一個太陽質量等於我們太陽的重量。標準中子星質量通常為1.4太陽質量（物體成為中子星所需的最小重量），但是這一發現將該範圍擴大到2.3太陽質量。根據新的研究，典型的中子星長22公裡（13.6英裡）。這是對這些高度緊湊的超高密度物體的最精確測量。

正如這個模型縮水，一個常規的中子星的寬度少於一個城市的寬度。

根據最新調查，一個常規的中子星有22千米（13.6英尺）。這是迄今為止，對這些高密度緊湊，超高密度物體最精確的測量。

如果黑洞是宇宙中最為極端的現象，那麼中子星則位居其二（但此論據必須建立在夸克星不存在的情況下，迄今為止，夸克星還未被證實是存在的。）中子星是在超新星爆炸後所形成的（一顆巨星自身塌陷）。中子星不具備成為黑洞所需的質量，但它們的密度卻大的嚇人。

常規的中子星包括

但因所有東西都擠在這麼小的空間裡，中子星的整體大小受到了嚴格的限制，可以說，在這些高度緊湊的球體內並沒有多少活動空間，因此，中子星會極其的圓。

儘管如此，一個有著比太陽的質量還要大1.4倍的常規中子星的精確半徑仍然存在疑問，估計範圍從10公裡到14公裡不等；這種可變性差異可能是個問題，維吉尼亞大學天文系的博士生克羅馬蒂說

「關於中子星半徑的有限測量對我們去理解物質在極度高密度下的行為方式產生了非常大的影響。」未參加此次新研究的克羅馬蒂說。

在漢諾瓦馬克斯 普朗克引力物理研究所（Max planck institute for gravity physics）的阿爾伯特愛因斯坦研究所（AEI）利用一項新技術，對一個是太陽質量的1.4倍的中子星的中子星做出來一個新的測量：11公裡（6.83英裡）。正負誤差範圍為-0.6公裡至0.9公裡；加上這些誤差值，估計直徑在20.8到23.8公裡之間（12.9到14.7英裡）。這篇新論文在本周發表在「自然與天文學」雜誌上。

這是一個極其嚴格的估算，關於這些測量數據是來自於一個合併的中子星叫做GW170817，是由在LIGO和VIRGO參與觀察在2017年8月17日在距離130萬光年外的兩顆中子星碰撞 的項目的天文學家測算的。因此，這一數據還是較為合理的。

新的測算方法與之前的估算大致相同，但新的測算方法的誤差會小很多。這是因為「中子星半徑數值的不確定性比之前的估算提高了2倍。」Capano說。

為了確認中子星新的測算估計，由天體物理學家科林 卡帕諾所引領的AEI研究人員觀察了GW170817產生的整個電磁波譜和引力波，並將這一數據應用於粒子物理學從而推導出方程，這使天文學家們可以確定各種物理性質，如半徑和質量。

綜合從GW170817的觀察中所得出的數據，我們對狀態方程進行了一個更加全面的理論描述（在給定一組物理條件下所描述物質狀態的方程）。這項工程對常規的中子星的半徑提出來非常大的限制。Cromartie說

「這似乎是一個有趣的結果：對於結合了核物理的重力觀測數據以及雙中子星合併所形成的GW170817星體的電磁波中子星的半徑會受到一個新的限制。」一位未參加此項研究，西班牙加泰隆尼亞大學的天文學教授，在給予天文在線中的郵件裡寫到。

中子星最為不可思議的地方在於它們基本上是浮在太空中的巨型粒子物理實驗，它們往往會為我們提供大量信息，對於科學家們來說，較為困難的是，星體之內到底發生了什麼。

「關於中子星最為不可思議的是，它們的粒子是如此的緊湊並且密度是如此之大，你可以把它想像成一個原子放大到一座城市的大小。」Capano說，「這意味著亞原子物理學表現在恆星的宏觀屬性上，比如說恆星的質量和半徑還有當它能接觸到其他重力磁場中時會造成它多大程度上的變形」

在這種情況下，研究人員可以預測亞原子粒是如何與那些假定在中子星內部的巨大密度相互作用的。

「GW170817是由兩個約為曼哈頓大小為半徑、質量約為太陽質量的1.5倍星體的碰撞產生的」Capano說，「這是發生在恐龍時代，距離地球十萬億公裡外的事情。從那時起，我們開始深入了解那些長度小於1毫米的萬億分之一的亞原子粒物理。成千上萬的科學家計劃、建造並維護我們的引力波探測器和望遠鏡，並取得了令人難以置信高精確的靈敏度。」

利納雷斯說：「他喜歡這篇新論文，但GW 170817是唯一一個應用了這種新方法的事件，這意味著該方法的系統性不確定性仍然存在。」

利納雷斯對天文在線說:「如果採用不同的模型假設，通過對雙星合併或容納超大質量中子星的新觀測，對於半徑誤差可能會變得不那麼嚴格。」這讓我們想起了那些質量大於太陽2.3倍的中子星。無論如何，對於11公裡的估計與之前的測量結果是一致的，而且這項研究「為不遠的將來鋪平了道路，在那裡我們預計會發現更多的雙星合併現象。」

這篇論文也為天文學家們提供了一些關於他們可能觀察不到的預測。

具體來說，在黑洞與中子星進行合併時，天文學家極少觀察到中子星被撕裂。更常見的是中子星將黑洞全部吞噬。對天文學家來說，這意味著他們不能在電磁波譜中探測到許多這樣的事件，而是把它們當作引力波源。

「以一名觀察者的角度來看，黑洞與中子星的合併現象在電磁波譜中很少能看到是一件遺憾是事情。」Cromartie說

好吧，有時候科學就是這樣。

作者: George Dvorsky

FY: 鋒

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