发现迄今为止质量最大的中子星,比地球高 70 万倍

发现迄今为止质量最大的中子星,比地球高 70 万倍

身为宇宙最奇怪的天体之一,中子星就像一个超巨大原子核,直径通常不到 20 公里,但质量却与太阳相当。现在,科学家发现了有史以来最大颗的中子星,直径约 30 公里、质量为太阳的 2.17 倍,已接近理论的最大质量上限。

一颗大质量恆星经历超新星爆炸后,压缩形成的残骸之一就是中子星,其密度介于每立方公分 8×10 13 g~2×10 15 g 之间,一颗方糖大小的材料在地球上就重达 1 亿吨,大概是宇宙中密度最高的「正常」物体(黑洞密度更高,但对天文学家来说不正常),与原子核的密度差不多。

因此,可以把中子星看成宇宙中的超巨型原子核,展现出各种奇怪特性,天文学家数十年来一直尝试解谜中子星的内部谜团,比如:被压碎的中子是否变成「超流体」自由流动?是否会分解成亚原子夸克或其他奇异粒子汤?大质量恆星塌缩后是形成中子星还是黑洞,其转折点是什幺?

最近,西维吉尼亚大学研究团队利用绿堤望远镜(Green Bank Telescope,GBT),发现有史以来质量最大的脉冲星「J0740 + 6620」(中子星的一种),距离地球约 4,600 光年,与另一颗白矮星互绕形成二联星系统,其直径约 30 公里,质量为太阳 2.17 倍,根据 LIGO 所测得双中子星碰撞之重力波数据,此质量已接近中子星的质量上限,再大上去就会塌缩成黑洞。

研究人员是利用一种称为「夏皮罗时间延迟效应(Shapiro Delay)」的现象来测出脉冲星质量。

夏皮罗时间延迟效应也称重力时间延迟效应(Gravitational time delay),根据爱因斯坦广义相对论,由于白矮星的重力略微扭曲周围空间,与白矮星互绕的脉冲星会因此稍微移动,当从地球观测时,脉冲讯号会出现数百万分之一秒的延迟,天文学家便利用这种脉冲延迟来计算白矮星质量。一旦知晓白矮星质量,接着算出共轨的脉冲星质量就相对简单了。

随着科学家逐渐抓出中子星质量上限,可以帮助我们更了解物质的物理特性,研究人员表示,希望接下来加拿大 CHIME 电波望远镜可以多投入检测这个联星系统,或者利用 NASA 的中子星内部成分探测器(NICER)X 射线太空望远镜,精準计算出这颗脉冲星的半径。

新论文发表在《自然天文学》(Nature Astronomy)期刊。