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《科学》:神秘物体或是迄今最重的中子星

发布者:点击量:发布时间:2024-01-19

作者:张晴丹 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/19 21:54:39
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《科学》:神秘物体或是迄今最重的中子星

 

近日,研究人员发现了一个距离地球约4万光年的未知物体,要么是所见过最重的中子星,要么是最轻的黑洞,它坐落在一个天文学家从未直接观测到的神秘空洞中。

1月18日,这项研究发表于《科学》上。

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中子星是大质量恒星坍缩的核心     图片来源:Alex Wilkins

当一颗恒星寿命即将终结并在其引力作用下坍缩时,就会形成中子星,产生冲击波,并留下一个密度极高的核心。根据天体物理学的计算,这些核心必须保持在一定的质量以下,大约是太阳质量的2.2倍,否则它们将进一步坍缩,形成一个黑洞。

然而,目前只观测到质量超过太阳5倍的黑洞,在最重中子星与最轻黑洞之间存在“质量间隙”。引力波天文台已经在这个间隙中观测到了一些致密天体,但天文学家从未用传统的望远镜发现过它们。

现在,德国马普射电天文研究所的科学家Ewan Barr和他的同事们通过观测一颗围绕该天体运行的脉冲星,发现了一个质量为2.5个太阳的天体。

脉冲星发射的光极其有规律性,但附近质量非常大的物体可以打乱其节奏,正如爱因斯坦相对论所预言的那样。通过使用位于南非的MeerKAT射电望远镜对这颗脉冲星进行一年多的观测,Barr和他的团队能够计算出这颗脉冲星伴星的质量。

“我们在这个双星系统中的发现的东西看起来超过了中子星质量的上限。这意味着要么这里发生了某种新的物理现象,这是一种新的恒星;要么它就只是一个黑洞,且是迄今为止发现的质量最轻的恒星级黑洞。”Barr说。

这颗脉冲星位于一个球状星团中,这是一个由密集的恒星和更奇特的天体组成的区域,它们可以彼此靠近。Barr说,这些不寻常的相互作用可以解释这个神秘物体的存在。

如果它是一个黑洞,研究人员就能够测试他们以前无法测试的引力理论。“脉冲星是一个非常精确的测量装置,我们已经在黑洞周围的轨道上找到了它,它不会去任何地方,它会在那里待上十亿年。”Barr说,“因此,这是一个非常稳定、自然的实验平台,可用来探究黑洞的奥秘。”

“如果它是中子星,那么它比我们所见过的任何中子星都要重。”英国杜伦大学教授Christine Done说,“这实际上告诉了我们恒星在自身引力作用下坍缩成为黑洞之前所能承受的极限密度。我们不知道在这种极端密度下物质的物理性质,我们也不知道极限是什么。”

Barr和他的团队计划在未来几年内用其他望远镜观测这颗脉冲星,以寻找可能揭示该天体是什么的线索。如果它是一个黑洞,那么他们应该能看到脉冲星的轨道随着时间的推移而改变,因为黑洞拖着周围的时空,类似于一艘船拖着小船一样。或者,如果它是一颗中子星,他们也许能够用更灵敏的仪器探测到光。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.adg3005

 
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