迄今最重中子星“现身”

来源：科技日报

科技日报记者  刘霞

美国科学家称，他们发现了迄今最重的中子星J0740+6620，其距离地球约4600光年，直径约25公里，质量约为2.17倍太阳质量。

中国科学院国家天文台研究员张承民对科技日报记者表示，这次最大脉冲星质量精确测定有两方面意义：一是奠定新的脉冲星质量极限；二是进一步研究中子星与白矮星系统的引力波辐射。

美国科学家表示，他们发现了迄今最重的中子星。图片来源：物理学家组织网

迄今最重中子星“现身”

据美国太空网9月16日报道，J0740+6620是一颗快速旋转的中子星——脉冲星。脉冲星从磁极发射出两束无线电波，因此得名。具体而言，J0740+6620是一个转动周期只有不到3毫秒的脉冲星，等价于每秒旋转数百圈。

天文学家通过一种名为“引力时间延迟效应”（Shapiro Delay）的现象测量了这颗脉冲星的质量， 其研究结果发表于9月16日出版的《自然·天文学》杂志。

这一方法的原理如下：脉冲星与其白矮星伴星（一颗与中子星围绕轨道运行的小而致密的星体）的引力会扭曲它周围的时空结构，而这种扭曲程度与白矮星的质量成比例。从地球的角度看，脉冲星经过白矮星与地球连线时，这种扭曲会让脉冲星发出的脉冲延迟数千万分之一秒。科学家可以通过测量这些延迟计算出白矮星的质量，然后，通过分析脉冲星和白矮星相互环绕的方式，估算出脉冲星的质量。

既神秘又迷人

中子星为“何方神圣”呢？

中子星和黑洞一样，都是死于超新星爆发的恒星的“尸体”。当一颗大于8个太阳的恒星演化晚期超新星爆发时，其内核会在自身引力的作用下坍塌。如果其内核的质量足够大到25个太阳质量，它可能会形成一个连光都无法逃脱的黑洞；如果内核质量较小，8-25个太阳，将形成一颗中子星。之所以被命名为中子星，是因为其引力足够强大，可以把质子和电子压碎形成中子。

研究报告主要作者、美国国家射电天文台的桑科福尔·克罗玛蒂在一份声明中说：“中子星既神秘又迷人，这些城市大小的物体本质上是巨大的原子核。”

中子星通常很小，直径约为20公里左右，但它们的密度极大。中子星的质量通常和太阳的质量差不多。研究人员称，一块方糖大小的中子星的质量约为1亿吨，相当于整个人类70亿人口的质量，这使中子星成为除了黑洞外宇宙中最致密的物体。

迷雾重重 

尽管科学家们研究中子星已有几十年，但仍有许多谜团有待揭开。例如，在中子星内部存在令人难以置信的压力，这会将中子分解成更小的亚原子粒子夸克组成的汤吗？引力战胜物质并形成黑洞的临界点是多少？

研究报告撰写者之一、西弗吉尼亚大学的莫拉•麦克劳克林在另一份声明中说：“这些星体非常奇特，我们不知道它们由什么构成，一个真正重要的问题是，一颗这样的星究竟能够有多重？”

最新研究合著者、美国国家射电天文台天文学家斯科特·塞姆也表示：“中子星有一个临界点，超过这个临界点，引力会战胜中子抵抗其进一步坍缩的能力，使其塌缩成黑洞。我们发现的每一颗质量最大的中子星都让我们更接近于确定那个临界点，并帮助我们理解物质在这些令人难以置信的密度下的物理学。”

麦克劳克林表示，这一发现是他们利用位于西弗吉尼亚州的绿岸射电望远镜寻找引力波时偶然发现的，“我们正试图探测来自脉冲星的引力波，为做到这一点，我们需要观测大量毫秒脉冲星。”

张承民说：“精确测量中子星质量是比较困难的，这需要双星系统，而已发现的双星脉冲星系统数目不到300个，其中大约80个脉冲星质量被测量，平均值在1.4倍太阳质量，所以这次2.17个太阳质量的毫秒脉冲星是最大的精确测量星体，接近由于自身引力塌缩形成黑洞的质量极限——3.2倍太阳质量。如此高的质量，其星体内部核物质状态一定奇特，但是由于脉冲星的半径有待于精确决定，所以还不能判断其物质成分。”

张承民继续表示，此外，测量脉冲星质量需要利用爱因斯坦的广义相对论效应，比如“引力时间延迟效应”，这可以精确测定轨道参数，进一步积累数据检验引力波导致的轨道收缩。所以，这次最大脉冲星质量精确测定有两方面意义：一是奠定新的脉冲星质量极限；二是进一步研究中子星与白矮星系统的引力波辐射。此前只在双中子星系统实现引力波的测量。