中子星如超巨大原子核,科學家精確測出典型中子星半徑為 11 公里

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 12 日 8:45 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


如果黑洞是宇宙中最極端的現象,那麼中子星排名絕對緊隨在後。根據一篇新研究,科學家們對中子星進行了迄今為止最精細的測量:典型中子星的半徑為 11 公里。

中子星是目前天文學家可以直接觀測到的宇宙最稠密物體,如果不考慮理論中由奇異物質組成的夸克星(Quark star),則形成自超新星爆炸之的中子星密度僅次於黑洞。

一般而言,標準中子星的質量為 1.4 倍太陽質量(物體成為中子星的質量下限),上限約 2.3 倍太陽質量,超過此上限的稠密物體將會邁入更高階段──黑洞。

話雖如此,科學家對一顆典型中子星的精確半徑仍有所保留,只能估計介於 10~14 公里,然而若能對中子星的半徑進行嚴格約束,將更有助於科學家理解物質在極高密度下的各種行為表現。

現在,由德國馬克斯‧普朗克引力物理研究所天體物理學家 Collin Capano 領導的國際團隊,利用 LIGO 與 Virgo 於 2017 年發現的「GW170817」事件(雙中子星併合),針對 1.4 倍太陽質量的標準中子星進行估算,得出迄今為止最精確的中子星半徑為 11 公里,誤差 -0.6~0.9 公里,換成直徑則為 20.8~23.8 公里。

想像一個直徑僅 22 公里的球體暴力壓縮了約地球 500 萬倍質量,基本上,中子星就是個飄浮在太空中的超巨大粒子物理實驗。科學家在地球上被微觀的各種粒子實驗搞得頭昏腦脹,可以看看中子星就像是放大到城市規模的原子核,乃另一道摸清量子世界的橋梁。

除此之外,僅靠重力波觀測很難區分「雙黑洞併合」與「中子星和黑洞」兩種併合事件,從旁藉助電磁波譜的數據很重要,然而團隊發現,在黑洞與中子星併合事件中,除非黑洞很小或轉速極快,否則中子星在多數情況下會被黑洞完全吞噬,代表這種合併雖然可透過重力波源追溯,但它們在電磁頻譜中完全不可見。

未來 10 年內,現有的重力波探測器將越來越靈敏,研究團隊期望透過中子星合併事件來獲得更多探討中子星與原子核物理的好機會。新論文發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。

(首圖來源:NASA/Phy.org