迄今为止发现的质量最大的中子星

原创：牧夫天文

文章来源：Green Bank Observatory

原作：Green Bank Observatory

翻译：黄雪妮

校译：牧夫天文校对组

编排：王璞

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://eurekalert.org/pub_releases/2019-09/gbo-mmn091319.php

脉冲星PSR B1509-58的辐射，一个快速旋转的中子星，使得周边气体X射线发光（金色，来自钱德拉）并且照亮星云的其他部分.

图片来源 WISE

中子星—发生超新星爆炸的大质量恒星的坍缩残骸--是目前宇宙中所知的密度最大的“正常”天体（严格来讲，黑洞密度更大，但是黑洞远谈不上正常）。一块方糖大小的中子星物质在地球上会重达1亿吨，这相当于所有人类加起来的体重。虽然天文学家和物理学家已经研究中子星几十年了，
但是这些星体内部的本质仍然有许多未解之谜，
比如，坍塌的中子会变成超级流体并自由流动吗？它们会分解成亚原子夸克或其他奇特的粒子吗？物质坍缩成黑洞的引力临界点是多少？

一支天文学家团队利用美国国家科学基金会的格林班克望远镜(GBT) 让我们离找到答案更近了一步。

这些来自于NANOGrav

物理前沿中心的研究员发现了一颗名为J0740+6620的毫秒级转速的脉冲星，它是目前为止所探测到的质量最大的中子星。这颗直径只有30公里的星体的质量却是太阳的2.17倍，这个比值接近了一个物体不塌缩成黑洞的情况下，其密度所能大到的最大值。近期LIGO观测中子星碰撞产生引力波的数据表明，2.17个太阳质量可能非常地接近这个极限值。

弗吉尼亚大学的研究生Thankful
Cromartie认为“中子星既神秘又迷人”。夏洛茨维尔国家射电天文台的博士研究生Grote Rebe
说，“这些城市大小的天体本质上是巨大的原子核聚集体。它们的密度是如此的巨大，以至于它们的内部呈现出一些奇异的特性。找到物理和自然所允许的最大质量，可以让我们学习到很多关于天体物理学中原本无法触及的领域的知识。”

蟹状星云脉冲星的X射线/可见光波段合成图像

图片来源 WIKI

脉冲星得名于它们从磁极发射出的两束无线电波。这两束电波像灯塔一样扫过太空。有的每秒旋转数百次。由于脉冲星以如此惊人的速度和规律性旋转，天文学家可以把它们当作宇宙中的原子钟。这种精确的计时有助于天文学家研究时空的本质，测量恒星物体的质量，并提升他们对广义相对论的理解。

脉冲星锥形扫射

图片来源 Sky and telescope

这个双星系统几乎是侧面朝着地球的，这为天文学家计算这两颗星体的质量提供了一个途径。

当滴答作响的脉冲星从它的白矮星伴星后面经过时，信号的到达时间会出现微小的延迟(大约为千万分之一秒)。这种现象被称为“夏皮罗延迟”（“引力时间延迟”）。从本质上讲，根据爱因斯坦的广义相对论，白矮星的引力会轻微扭曲它周围的空间。这种扭曲意味着，来自于旋转中子星的脉冲在经过被白矮星扭曲了的时空时，会要绕一小段路。

天文学家可以利用这段延迟的时间来计算白矮星的质量。一旦其中一颗共轨星体的质量计算出来了，那另一个星体的质量也就能比较简单地计算出来了。

这项研究发表于《自然-天文学》杂志，Cromartie是这篇文章的主要作者。GBT的观测与她的博士论文研究课题相关，她在博士论文中提出通过观察双星系统中共同轨道的两个特定的点来准确计算中子星的质量。

这篇文章的联合作者，NRAO的天文学家Scott
Ransom
说，“这个双星系统的朝向创造了一个特别奇妙的宇宙实验室。”；“中子星有一个极限值，超过这个极限值，它的内部密度就会变得极大，以至于引力会大到连中子都没法抵抗从而继续塌缩。我们发现的每一颗
‘质量最大’的中子星都让我们更接近于确定这个极限值，并帮助我们理解在极大密度下物质的物理特性。”

『天文时刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

吃一小勺中子星？

图片来源 腾讯