中子星的質(zhì)量范圍不大，在1.44倍太陽(yáng)質(zhì)量以上（白矮星的最大質(zhì)量極限，稱為錢德拉塞卡極限）、3.2倍太陽(yáng)質(zhì)量以下（中子星的最大質(zhì)量極限，稱為奧本海默極限）。

西弗吉尼亞大學(xué)的研究人員幫助發(fā)現(xiàn)了迄今為止最大質(zhì)量中子星，這是通過(guò)波卡洪塔斯縣綠岸望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的一項(xiàng)突破。這顆名為J0740+6620的中子星是一顆脈沖星，質(zhì)量是太陽(yáng)的2.17倍，形成一個(gè)直徑僅為20-30公里(約15英里)的球體。這種測(cè)量接近單個(gè)物體在不將自身壓成黑洞的情況下變得這么巨大和高密度的極限。

這顆中子星是在距地球約4600光年的地方被探測(cè)到。這些發(fā)現(xiàn)來(lái)自美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的NANOGrav物理前沿中心，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然天文學(xué)》期刊上。這篇論文的作者包括鄧肯·洛里默，天文學(xué)教授和埃伯利藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院負(fù)責(zé)研究的副院長(zhǎng)；埃伯利物理學(xué)和天文學(xué)杰出教授莫拉·麥克勞林；物理和天文學(xué)系統(tǒng)管理員內(nèi)特·加弗-丹尼爾斯；博士后和前學(xué)生哈莎·布魯默，保羅·布魯克，皮特·詹蒂爾，梅根·瓊斯和邁克爾·林。這一發(fā)現(xiàn)是許多偶然結(jié)果之一，這些結(jié)果是在尋找引力波的常規(guī)觀測(cè)中出現(xiàn)。

綠岸望遠(yuǎn)鏡中，研究人員正試圖探測(cè)脈沖星的引力波，為了做到這一點(diǎn)，需要觀察大量毫秒脈沖星，它們也是快速旋轉(zhuǎn)的中子星。這一發(fā)現(xiàn)不是一篇引力波探測(cè)論文，而是觀察產(chǎn)生的許多重要結(jié)果之一。脈沖星質(zhì)量是通過(guò)一種被稱為“夏皮羅延遲”的現(xiàn)象來(lái)測(cè)量。本質(zhì)上，根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，來(lái)自白矮星伴星的引力扭曲了它周圍的空間。這使得來(lái)自脈沖星的脈沖在穿越白矮星周圍扭曲的時(shí)空時(shí)，會(huì)走得更遠(yuǎn)一點(diǎn)。

這個(gè)延遲告訴將能告訴科學(xué)家們白矮星的質(zhì)量，這反過(guò)來(lái)提供了中子星的質(zhì)量測(cè)量。中子星是大質(zhì)量恒星變成超新星的壓縮殘骸，它們是當(dāng)巨星在超新星中死亡，核心塌陷時(shí)產(chǎn)生的，質(zhì)子和電子相互融化形成中子。雖然天文學(xué)家和物理學(xué)家?guī)资陙?lái)一直在研究這些物體，但許多關(guān)于它們內(nèi)部性質(zhì)的謎團(tuán)仍然存在：粉碎的中子會(huì)變成“超流體”并自由流動(dòng)嗎？它們會(huì)分解成亞原子夸克或其他奇異粒子的湯嗎？當(dāng)引力戰(zhàn)勝物質(zhì)并形成黑洞時(shí)，什么是引爆點(diǎn)？

這些中子星非常奇特，一個(gè)真正重要的問(wèn)題是，能制造出這些中子星最大有多大？對(duì)非常奇特的材料有影響，而我們就是不能在地球上的實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造這些物質(zhì)。脈沖星之所以得名，是因?yàn)樗鼈儚拇艠O發(fā)射出雙束無(wú)線電波。這些光束以燈塔般的方式掃過(guò)空間，有些每秒旋轉(zhuǎn)數(shù)百次。由于脈沖星以如此驚人的速度和規(guī)律性自轉(zhuǎn)，天文學(xué)家可以使用它們作為宇宙中原子鐘的等價(jià)物。這種精確的計(jì)時(shí)有助于天文學(xué)家研究時(shí)空的本質(zhì)，測(cè)量質(zhì)量，并提高對(duì)廣義相對(duì)論的理解。

博科園｜研究/來(lái)自：西弗吉尼亞大學(xué)

參考期刊《自然天文學(xué)》

DOI: 10.1038/s41550-019-0880-2

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