中子星是大質量恆星的坍塌核心,它們緊緊地壓縮物質,原子分裂而幾乎所有東西都轉變成中子。結果,大約1個太陽的質量被擠入了這些半個濰坊大小的物體中。這件事的大部分都是中子形式,但一些理論認為,在中子星內部深處,中子本身會解離,留下一堆夸克和輕子湯。
沒有辦法注視中子星。但是它們的大小背離了它們的核心-中子星越小,它壓縮內部的空間就越大。通過將測量工具對準中子星,科學家可以探測其性質。
最新一項研究中,科學家研究了中子星合併產生的時空波動。將這些引力波觀測與核理論相結合,科學家們估計典型的中子星將跨越約22公裡。
這是從引力波獲得的最精確的測量值,對將來的觀測具有重要意義。
當中子星碰撞
雷射幹涉儀引力波天文臺探測器於2017年8月17日目睹了兩個中子星碰撞發出的時空漣漪,雙中子星併合產生的引力波,這是天文學家第一次看到來自同一物體的光波和引力波資源。
引力波信號顯示中子星向內旋轉並合併成一個物體,而電磁波譜中釋放的光則顯示出後效應-一種爆炸,稱為「 新星爆炸」 ,距1.3億光年可見。在爆炸的中心,觀察結果表明,形成了一個短暫的「超大質量」中子星,然後中子星坍塌成黑洞。
為了了解發生碰撞的中子星的性質,卡帕諾和他的同事運用數學方法描述了中子星物質的性質,即狀態方程。經過引力波和電磁觀測的摺疊,該方程式得出了典型中子星的大小:跨度在20.8至23.8公裡之間。這個估計是以前結果的兩倍。
就像分析2017年8月17日目睹了兩個中子星碰撞的其他結果中看到的一樣,引力波天文學已經開始有意義地限制中子星物質的可能性範圍,這表明中子星處於緊湊的一面。
更緊湊的中子星可能意味著更多的奇異內部。但是Read警告說,它並不是那麼簡單。甚至更大的尺寸也可以容納夸克湯芯,而較小的尺寸仍可能「無聊」大多數中子物體。
目前沒有足夠的數據來確定性地說明核心發生了什麼。
更多的引力波事件將有所幫助,國際空間站上的中子星內部成分探測器儀器正在進行的觀測也將有所幫助。即將進行的物理實驗還將在更好地了解核理論方面發揮作用。
當中子星遭遇到黑洞時
同時,中子星的緊實性質對引力波觀測中子星與黑洞之間的相遇具有直接的意義。較小更緊密堆積的中子星在將黑洞拉入之前更難以撕裂,因此黑洞更有可能吞噬整個中子星。
這意味著,如果黑洞和中子星發生碰撞,我們就不會期望有任何發光的對應物-天文學家將不得不僅依靠重力波信號。卡帕諾解釋說,只有當黑洞非常小或快速旋轉時,才會產生任何光。
科學家指出,這一事件向他們提供了衡量宇宙膨脹速度的新方法。
這一發現證實了鉑、金、鈾等富含中子的重元素,來自中子星碰撞的猜想。它還證實了愛因斯坦一個世紀前的預言:引力波以光速傳播。當然,還有更多問題沒有得到解釋,科學家希望能探測到更多天體合併事件,以更好地理解一些讓他們感到驚訝的發現。
對中子星的了解仍在不斷發展。