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中子星有多大？就恆星天體而言，這些極端、超緻密的坍塌恆星相當小。儘管它們的質量相當於一個全尺寸的恆星，但它們的大小經常被拿來與一個大中型城市的寬度相比。多年來，天文學家一直認為中子星的直徑在19-27公裡之間。考慮到中子恆星的距離和特性，這實際上是相當精確的。但天文學家一直致力於將其縮小到更精確的測量範圍。
一個國際研究小組已經做到了這一點。馬克斯·普朗克引力物理研究所和阿爾伯特·愛因斯坦研究所的成員們使用來自幾個不同的望遠鏡和天文臺的數據，將中子星的大小估計範圍縮小了兩倍。
「我們發現，典型的中子星，其質量約為太陽的1.4倍，其半徑約為11公裡。」研究小組組長巴德裡·克裡希南說，「我們的結果將半徑限制在10.4-11.9公裡之間。」也就是說，它的直徑在20.8-23.8公裡之間。
該團隊的研究對象相當著名：雙星中子星合併產生的引力波是由LIGO和Virgo在2017年探測到的。這個物體已經被多個望遠鏡研究過很多次了，包括費米衛星、哈勃太空望遠鏡以及世界各地的其他望遠鏡和天文臺。所有這些觀測結果為馬克斯·普朗克小組提供了大量數據。
研究人員說：「雙星合併是信息的金礦！中子星包含可觀測宇宙中密度最大的物質。通過測量這些物體的屬性，我們了解了在亞原子水平上支配物質的基本物理原理。」
中子星是在大質量恆星耗盡燃料並坍縮時形成的。恆星的最中心區域崩塌，將每一個質子和電子擠壓成一個中子。如果坍縮恆星的核心質量在1到3倍太陽質量之間，這些新產生的中子可以阻止坍縮，留下一顆中子星。質量更高的恆星將繼續坍縮成恆星質量的黑洞。
但坍縮成中子星會產生已知密度最大的可觀測天體——一個質量相當於太陽的天體被壓碎成一座城市的大小。一個方糖大小的中子星物質在地球上的重量大約是1萬億公斤，大約相當於珠穆朗瑪峰的重量。
研究小組使用了一個基於對亞原子粒子在中子星內部高密度下如何相互作用的基本理解的模型。既然其他恆星的大小可以變化很大，中子星的大小難道就不能變化嗎？首先，澄清一下，在這項研究中引用的半徑是一顆質量是太陽質量1.4倍的中子星的半徑。
研究人員解釋道：「這是一個通常在文獻中使用的基準質量，因為幾乎所有在雙星中觀測到的中子星的質量都接近這個值。我們能夠使用GW170817來估算1.4倍太陽質量中子星的半徑，是因為我們預計幾乎所有的中子星都是由同樣的物質構成的。對於其他普通恆星來說，它們的質量和半徑之間的關係取決於許多變量，比如恆星核心融合的元素。」
他接著說：「另一方面，中子星是如此緊密和緻密，以至於其中沒有真正分離的原子，整個恆星基本上是一個巨大的單原子核，幾乎全部由緊密堆積在一起的中子組成。因此，你不能認為中子星是由不同的元素組成的。事實上，「元素」在這些密度下並沒有任何意義，因為定義元素的是它在組成原子中的質子數。」
由於所有的中子都是由同樣的物質構成的(由夸克構成，由膠子結合在一起)，天文學家們期望在質量和半徑之間有一個適用於所有中子星的普遍映射。所以，當我們引用1.4倍太陽質量的中子星的可能大小時，我們實際上是在限制描述亞原子世界的可能物理定律。
他們的結果和過程也可以應用於其他天體的研究，比如脈衝星、磁星，甚至是引力波的發射方式。這些結果令人興奮，不僅因為我們已經能夠極大地改善中子星的半徑測量，還因為它為我們提供了一扇窗口，讓我們了解中子星在合併雙星時的最終命運。