《科學(xué)》：神秘物體或是迄今最重的中子星
近日，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個距離地球約4萬光年的未知物體，要么是所見過最重的中子星，要么是最輕的黑洞，它坐落在一個天文學(xué)家從未直接觀測到的神秘空洞中。
1月18日，這項研究發(fā)表于《科學(xué)》上。
中子星是大質(zhì)量恒星坍縮的核心 圖片來源：Alex Wilkins
當(dāng)一顆恒星壽命即將終結(jié)并在其引力作用下坍縮時，就會形成中子星，產(chǎn)生沖擊波，并留下一個密度極高的核心。根據(jù)天體物理學(xué)的計算，這些核心必須保持在一定的質(zhì)量以下，大約是太陽質(zhì)量的2.2倍，否則它們將進(jìn)一步坍縮，形成一個黑洞。
然而，目前只觀測到質(zhì)量超過太陽5倍的黑洞，在最重中子星與最輕黑洞之間存在“質(zhì)量間隙”。引力波天文臺已經(jīng)在這個間隙中觀測到了一些致密天體，但天文學(xué)家從未用傳統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)過它們。
現(xiàn)在，德國馬普射電天文研究所的科學(xué)家Ewan Barr和他的同事們通過觀測一顆圍繞該天體運行的脈沖星，發(fā)現(xiàn)了一個質(zhì)量為2.5個太陽的天體。
脈沖星發(fā)射的光極其有規(guī)律性，但附近質(zhì)量非常大的物體可以打亂其節(jié)奏，正如愛因斯坦相對論所預(yù)言的那樣。通過使用位于南非的MeerKAT射電望遠(yuǎn)鏡對這顆脈沖星進(jìn)行一年多的觀測，Barr和他的團(tuán)隊能夠計算出這顆脈沖星伴星的質(zhì)量。
“我們在這個雙星系統(tǒng)中的發(fā)現(xiàn)的東西看起來超過了中子星質(zhì)量的上限。這意味著要么這里發(fā)生了某種新的物理現(xiàn)象，這是一種新的恒星；要么它就只是一個黑洞，且是迄今為止發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最輕的恒星級黑洞。”Barr說。
這顆脈沖星位于一個球狀星團(tuán)中，這是一個由密集的恒星和更奇特的天體組成的區(qū)域，它們可以彼此靠近。Barr說，這些不尋常的相互作用可以解釋這個神秘物體的存在。
如果它是一個黑洞，研究人員就能夠測試他們以前無法測試的引力理論。“脈沖星是一個非常精確的測量裝置，我們已經(jīng)在黑洞周圍的軌道上找到了它，它不會去任何地方，它會在那里待上十億年。”Barr說，“因此，這是一個非常穩(wěn)定、自然的實驗平臺，可用來探究黑洞的奧秘。”
“如果它是中子星，那么它比我們所見過的任何中子星都要重。”英國杜倫大學(xué)教授Christine Done說，“這實際上告訴了我們恒星在自身引力作用下坍縮成為黑洞之前所能承受的極限密度。我們不知道在這種極端密度下物質(zhì)的物理性質(zhì)，我們也不知道極限是什么。”
Barr和他的團(tuán)隊計劃在未來幾年內(nèi)用其他望遠(yuǎn)鏡觀測這顆脈沖星，以尋找可能揭示該天體是什么的線索。如果它是一個黑洞，那么他們應(yīng)該能看到脈沖星的軌道隨著時間的推移而改變，因為黑洞拖著周圍的時空，類似于一艘船拖著小船一樣。或者，如果它是一顆中子星，他們也許能夠用更靈敏的儀器探測到光。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.adg3005
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