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中子星有多大?重达两倍太阳质量

2020-03-24 15:19:20  来源:新浪科技

北京时间3月24日消息,据国外媒体报道,依据最新一项研究表明,大多数中子星相当于将两倍太阳质量塞入一个直径22公里的球体,这样的体积意味着黑洞通常可以直接吞噬整个中子星。

中子星是大质量恒星变成超新星后残留的恒星尸体,其密度非常大,一汤匙体积中子星质量放在地球表面,相当于珠穆朗玛峰的重量,相比之下一汤匙太阳质量仅5磅。虽然中子星的质量多年以来保持一定范围,但要准确确定其直径仍十分困难。多数天文学家认为,中子星的质量被压缩到一个城市大小的球体之中。

目前,最新一项研究将引力波测量和其他技术结合起来,对中子星体积大小做出迄今最精确的分析,结果显示,一颗“标准”的中子星直径大约22公里,当它们接近宇宙另一个最神秘天体——黑洞的时候,其大小也会产生重要影响。最新测量结果表明,通常情况下,一个黑洞完全可以吞噬整个中子星,但是天文学家使用传统望远镜很难发现相关证据。

中子星如何形成

大质量恒星核聚变时耗尽气体将发生爆炸,当恒星物质朝向所有方向猛烈喷发时,剩余的恒星物质就会凝结成中子星,如果一颗恒星的质量足够大,其残余质量就会进一步凝聚成黑洞。

像太阳这样独立恒星构建的行星系统在宇宙中是少数的,大多数恒星处于多恒星组成的行星系统,当两颗大质量恒星发生进化演变时,其所在行星系统中的最终会以两颗中子星、两个黑洞,或者两者其一的形式存在。近年来,天文学家开始研究探测多恒星系统,当它们死亡螺旋进入另一颗恒星引力范围时会抛出引力波,这就是天文学家近期对中子星体积大小进行极其精确测量的方法。

2017年,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利室女座探测器接收到一个引力波信号,表明两颗中子星在距离地球大约1.2亿光年之外碰撞。不久之后,传统天文台开始观测电磁波碰撞,这些发现对于中子星的质量和旋转产生前所未有的了解。

中子星体积大小

德国爱因斯坦研究所将这些观测结果与亚原子粒子在中子星内部密度极高条件下运行模型结合起来,虽然地球实验室里不可能重现这样的条件,但是物理学家们证明,他们可以利用现有理论,在最微小尺度上推断他们的计算结果,进而推断出遥远中子星的情况。

他们的研究结果表明,中子星直径应当在21-24公里之间,而一颗“标准”中子星直径应当是22公里,该最新测量数据比之前对中子星体积的评估精准两倍。

研究报告作者、爱因斯坦研究所研究员科林·卡帕诺(Collin Capano)在新闻发布会上称,在可观测宇宙范围内,中子星包含着最密集的宇宙物质,事实上它们的密度非常大,人们可以将整个中子星想象成为一个原子核,其直径大约22公里,相当于一座城市的直径。通过测量中子星属性,我们可以掌握在亚原子等级上支配物质的基本物理学原理。

被一个黑洞吞噬

中子星直径非常小,以至于当中子星和黑洞在一起运行时,如果距离太近,甚至可能被黑洞完全吞噬。天文学家一直密切关注黑洞与中子星的碰撞过程,他们预计其碰撞过程会释放强烈电磁辐射,陆基望远镜可直接观测到。

然而,如果中子星在与黑洞碰撞合并时未被黑洞粉碎,那么陆基望远镜则探测不到任何光线,同时,引力波探测器也可能无法分辨黑洞合并和混合合并的区别。

卡帕诺说:“我们现已证实在所有情况下,中子星不会被黑洞撕碎,而是会被完全吞噬,只有当黑洞体积非常小或者快速旋转的时候,它才能在吞噬中子星之前破坏它。只有这样,我们才能看到引力波之外的事物。”

目前天文学家不需要太长时间就能验证这一观点是否正确,未来几年,引力波探测器将变得越来越强大,如果中子星与黑洞碰撞事件比预期更少,至少科学家能够知道为什么会这样。

这项最新研究报告发表在3月9日出版的《自然·天文学》上。(叶倾城)

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