天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆不同尋常的脈沖星，這是一顆高度磁化旋轉(zhuǎn)的中子星“燈塔”之一，它從磁極發(fā)出高度聚焦的無線電波。這顆新發(fā)現(xiàn)的脈沖星PSRJ1913+1102是一個(gè)雙星系統(tǒng)的一部分，

這意味著它與另一顆中子星被鎖定在一個(gè)極其緊密的軌道上。中子星是超新星爆炸后的恒星殘骸，中子星是由已知密度最高的天體之一，僅次于黑洞。

通常將數(shù)十萬倍于地球質(zhì)量的物質(zhì)壓縮到一個(gè)城市大小的球體中，所以你能想象一下中子星密度有多高嗎？大約5億年后，這兩顆中子星將發(fā)生碰撞，以引力波和光的形式釋放出驚人的能量。但這顆新發(fā)現(xiàn)的脈沖星很不尋常，因?yàn)殡p星中的兩顆中子星質(zhì)量截然不同，其中一顆比另一顆大得多。這種不對(duì)稱的雙星系統(tǒng)讓科學(xué)家們相信，這樣的雙中子星合并將為天體物理學(xué)中未解之謎提供重要線索。

包括更準(zhǔn)確地確定宇宙的膨脹率，即眾所周知的哈勃常數(shù)。其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》期刊上，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是利用波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡完成。東英吉利大學(xué)物理學(xué)院首席研究員Robert Ferdman博士說：早在2017年，激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)的科學(xué)家們就首次探測到了兩顆中子星合并。正如阿爾伯特·愛因斯坦一個(gè)多世紀(jì)前預(yù)測的那樣：

中子星碰撞的產(chǎn)物

中子星合并碰撞事件在時(shí)空結(jié)構(gòu)中引起了引力波漣漪，這一壯觀的事件被稱為GW170817，也可以在世界各地天文臺(tái)用傳統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡看到，這些望遠(yuǎn)鏡確定了它在一個(gè)遙遠(yuǎn)星系的位置，距離我們所在的銀河系1.3億光年。研究證實(shí)，短伽馬射線爆發(fā)現(xiàn)象是由兩顆中子星合并碰撞產(chǎn)生。現(xiàn)在人們認(rèn)為，雙中子星是產(chǎn)生宇宙中大多數(shù)最重元素的工廠，比如金。

當(dāng)兩顆中子星合并時(shí)，在不到一秒時(shí)間內(nèi)釋放的能量是非常巨大的。因此，GW170817事件并不令人驚訝，但從合并中噴出的巨大物質(zhì)及其亮度是一個(gè)意想不到的謎。大多數(shù)關(guān)于雙星中子星碰撞事件的理論，都假設(shè)鎖定在雙星系統(tǒng)中的中子星在質(zhì)量上非常相似。但新發(fā)現(xiàn)改變了這些假設(shè)，研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)包含兩顆質(zhì)量截然不同的中子星雙星系統(tǒng)。

這兩顆雙中子星將在大約4.7億年后碰撞合并，這看起來似乎是很長的時(shí)間，但這只是宇宙年齡的一小部分。因?yàn)橐活w中子星要大得多，其引力影響將扭曲伴星的形狀，在它們真正合并之前剝離大量的物質(zhì)，并有可能完全擾亂它。這種‘潮汐破壞’比同等質(zhì)量雙星系統(tǒng)噴發(fā)出更多的熱物質(zhì)，從而產(chǎn)生更強(qiáng)大的發(fā)射。雖然GW170817可以用其他理論來解釋，但研究可以確認(rèn)，類似于PSR J1913+1102系統(tǒng)明顯不同質(zhì)量的中子星母是一個(gè)非常可信的解釋。

極大極小的差異

也許更重要的是，這一發(fā)現(xiàn)突顯出存在著更多這樣的系統(tǒng)，大概有超過十分之一的雙中子星合并雙星。來自德國波恩馬克斯·普朗克射電天文學(xué)研究所的合著者保羅·弗萊雷博士說：這樣質(zhì)量差異的雙中子星將使天體物理學(xué)家獲得關(guān)于構(gòu)成這些極端、密集物體內(nèi)部奇異物質(zhì)的重要新線索。這個(gè)物質(zhì)仍然是一個(gè)重大謎團(tuán)，它的密度如此之大，以至于科學(xué)家們?nèi)匀徊恢浪鼘?shí)際上是由什么組成。

這些密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了科學(xué)家在地面實(shí)驗(yàn)室中可以復(fù)制的范圍。較輕的中子星也將增強(qiáng)合并后噴出的物質(zhì)亮度，這意味著，除了引力波探測器，如LIGO和Virgo引力波探測器，科學(xué)家們也將能夠用傳統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡觀察它們。令人興奮的是，這也可能完全獨(dú)立地測量宇宙膨脹率的哈勃常數(shù)。目前，兩種主要的測量方法相互排斥，所以這是打破僵局、更詳細(xì)地了解宇宙演化的關(guān)鍵途徑。

博科園｜研究/來自：東英吉利大學(xué)

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-020-2439-x

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)