發現迄今為止質量最大的中子星,比地球高 70 萬倍

作者 | 發布日期 2019 年 09 月 17 日 17:50 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


身為宇宙最奇怪的天體之一,中子星就像一個超巨大原子核,直徑通常不到 20 公里,但質量卻與太陽相當。現在,科學家發現了有史以來最大顆的中子星,直徑約 30 公里、質量為太陽的 2.17 倍,已接近理論的最大質量上限。

一顆大質量恆星經歷超新星爆炸後,壓縮形成的殘骸之一就是中子星,其密度介於每立方公分 8×10 13 g~2×10 15 g 之間,一顆方糖大小的材料在地球上就重達 1 億噸,大概是宇宙中密度最高的「正常」物體(黑洞密度更高,但對天文學家來說不正常),與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,展現出各種奇怪特性,天文學家數十年來一直嘗試解謎中子星的內部謎團,比如:被壓碎的中子是否變成「超流體」自由流動?是否會分解成亞原子夸克或其他奇異粒子湯?大質量恆星塌縮後是形成中子星還是黑洞,其轉折點是什麼?

最近,西維吉尼亞大學研究團隊利用綠堤望遠鏡(Green Bank Telescope,GBT),發現有史以來質量最大的脈衝星「J0740 + 6620」(中子星的一種),距離地球約 4,600 光年,與另一顆白矮星互繞形成二聯星系統,其直徑約 30 公里,質量為太陽 2.17 倍,根據 LIGO 所測得雙中子星碰撞之重力波數據,此質量已接近中子星的質量上限,再大上去就會塌縮成黑洞。

研究人員是利用一種稱為「夏皮羅時間延遲效應(Shapiro Delay)」的現象來測出脈衝星質量。

夏皮羅時間延遲效應也稱重力時間延遲效應(Gravitational time delay),根據愛因斯坦廣義相對論,由於白矮星的重力略微扭曲周圍空間,與白矮星互繞的脈衝星會因此稍微移動,當從地球觀測時,脈衝訊號會出現數百萬分之一秒的延遲,天文學家便利用這種脈衝延遲來計算白矮星質量。一旦知曉白矮星質量,接著算出共軌的脈衝星質量就相對簡單了。

隨著科學家逐漸抓出中子星質量上限,可以幫助我們更了解物質的物理特性,研究人員表示,希望接下來加拿大 CHIME 電波望遠鏡可以多投入檢測這個聯星系統,或者利用 NASA 的中子星內部成分探測器(NICER)X 射線太空望遠鏡,精準計算出這顆脈衝星的半徑。

新論文發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。

(首圖來源:綠堤望遠鏡

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