美國天文學家發現有史以來最大中子星:幫人類尋找黑洞的臨界點

2020-11-22 騰訊網

據澳大利亞媒體9月17日報導,天文學家已經發現了有史以來最大的中子星,「它幾乎不應該存在」。

中子星是宇宙中最小的星體之一,其直徑相當於芝加哥或亞特蘭大等城市的大小。它們是超新星的殘餘。但它們的密度大得令人難以置信,質量比我們的太陽還要大---「所以,想想太陽被壓縮成一個城市大小」。以新發現的中子星J0740+6620為例,它的質量是地球質量的33.3萬倍,是太陽質量的2.17倍。但是這顆恆星只有15英裡(約24公裡)寬,「這接近於一個緻密物體在將自己擠壓成黑洞之前所能容納的質量的極限」。

中子星J0740+6620離地球4600光年,正在快速旋轉,這也被稱為脈衝星,因為它們從每個磁極發出無線電波。這些無線電波就像是燈塔發出的光束的掃掠運動,因此得名「脈衝星」。脈衝星就像原子鐘,因為它們有規律地發出無線電波,所以天文學家可以用它們來研究空間和時間。

這顆恆星是由西維吉尼亞州的格林班克望遠鏡(Green Bank Telescope)發現的。研究人員星期一(9月16日)在《自然天文學》(Nature Astronomy)雜誌上發表了他們對這顆恆星的發現。研究人員當時是在尋找引力波時偶然發現了這顆中子星。研究者、西維吉尼亞大學(West Virginia University)著名物理學和天文學教授莫拉·麥克勞克林(Maura McLaughlin)說,「在格林班克,我們正試圖探測來自脈衝星的引力波」,「為了做到這一點,我們需要觀測大量毫秒脈衝星,它們是快速旋轉的中子星。這不是引力波探測結果,而是我們觀測到的許多重要結果之一」。

科學家們能夠測量它的質量,是因為有一顆白矮星伴星扭曲了兩顆恆星周圍的空間。這種扭曲起到了加速脈衝星脈衝通過太空的作用,所以科學家們可以通過「夏皮羅延遲」(Shapiro Delay)了解白矮星和中子星的質量。

「中子星既神秘又迷人」,維吉尼亞大學(University of Virginia)研究生、維吉尼亞州夏洛茨維爾(Charlottesville)國家射電天文臺(National Radio Astronomy Observatory)博士生格羅特·雷伯(Grote Reber)的前博士研究生說,「這些城市大小的物體本質上是巨大的原子核。它們是如此巨大,以至於它們的內部呈現出奇怪的特性。找到物理和自然允許的最大質量,可以教會我們很多關於天體物理學中這個原本無法觸及的領域的知識」。

由於中子星的神秘性質,天文學家們仍然想要回答更多關於中子星的問題,而這個獨特的中子星可以幫助他們。他們想知道被壓碎的中子是否會變成一種「超流體」(superfluid),這種破裂是什麼樣子的,以及重力起作用時的實際臨界點在哪裡。

該研究的合作者、美國國家射電天文臺的天文學家斯科特·蘭森(Scott Ransom)說,「這個雙星系統的定位創造了一個奇妙的宇宙實驗室」,「中子星有一個臨界點,其內部密度達到如此極端,以至於重力超過了中子抵抗進一步坍縮的能力。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那個臨界點,並幫助我們理解這些令人難以置信的密度下的物質物理學。」

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