最大的中子星有多重?

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 18 日 8:45 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


當恆星結束主序星階段,將不再產生能量,隨之邁入死亡。死亡的恆星根據殘留的質量決定其命運,依照質量高低可能形成黑洞、中子星或白矮星。

黑洞與中子星有理論形成的分界,但因此時物質處於極端高能狀態,中子星的質量上限一直是科學家討論的議題。一般認為,對不旋轉的中子星,質量上限約太陽質量 2~3 倍,但準確值取決於中子星內部物質的未知型態。

再好的理論都需要觀測來佐證。近年科學家嘗試用重力波觀測來研究中子星的質量上限,特別是這兩個事件:

  • GW170817:兩個質量在 1.1~1.6 倍太陽質量範圍內的中子星,合併形成一個更大的天體,並認為合併後不久該天體馬上坍塌形成黑洞。這個事件的重力波和電磁輻射觀測表明,中子星質量上限小於 2.3 倍太陽質量。
  • GW190814:一個超過 20 倍太陽質量的黑洞與一個 2.5~2.7 倍太陽質量的天體合併。科學家不知道較小的天體是黑洞還是中子星。如果是不旋轉的中子星,意味著中子星質量的上限高於 2.5 倍太陽質量。

因此德國物理學家 Antonios Nathanail 領導的團隊,最近分析這些合併事件對中子星質量極限描述的差異。

Nathanail 及合作者使用「基因演算法」分析,確定哪些質量極限的模型與 GW170817 和 GW190814 的重力波和電磁輻射觀測、數值模擬的合併事件相一致。

研究發現,如果中子星質量極限定在 2.5 倍太陽質量,則與 GW170817 的觀測結果或數值模擬的事件不符。但如果質量極限定在 2.2 倍太陽質量,則能匹配 GW170817 的觀測結果與數值模擬的事件。

▲ 基因演算法(藍)與 GW170817(紫)的機率密度函數。質量上限定為 2.2 倍太陽質量時與觀測結果有可信的匹配。(Source:AAS NOVA)

也就是說,根據研究人員的分析,GW190814 很可能就是兩個質量不同的黑洞合併,也再次定調中子星(無自轉)質量上限約 2.2 倍太陽質量。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA

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