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。
https://youtu.be/hw1yLnk_SJI
Extremely Massive Neutron Star May Be the Largest Ever Spotted
WVU astronomers help detect the most massive neutron star ever measured
Most Massive Neutron Star Ever Detected, Almost too Massive to Exist
(首圖來源:綠堤望遠鏡)