迄今最大中子星？测算方法新进步，质量数值近上限

　　中子星最大质量极限？新现身的脉冲星，或许可以从更精确的测算方法着手

　　天文学家们已经确认了可能为迄今为止发现的最大中子星。

　　这是一颗名为J0740+6620的脉冲星，根据脉冲发放的时间差可以计算确认它的质量为太阳的2.14倍，其大小则只有30公里（约19英里）。

　　为了方便比较，太阳的直径为1，391，000公里（约864，000英里）。

　　这些测量数据使得J0740+6620成为68%可信区间内超过2倍太阳质量的第一颗中子星，也令它十分接近去年以引力波天文学为基础测算出的旋转中子星2.3倍太阳质量的上限。

　　该发现加深了我们对这些极端天体上限的理解。

　　中子星起源于8倍至30倍于太阳质量的恒星。当它们死去时，这些恒星通过一系列的热核爆炸向太空中喷射其外层物质，并将一切残存可用的物质碎片融合进剩下的内核中。

　　图源：eurekalert

　　一旦内核完全融合为铁核，维持它的压力就会迅速下降，之后内核崩解，将中子压紧直到它们填满可能的最小空间。结果产生的天体与原子核拥有同样大的密度。

　　图源：zmescience

　　这和黑洞形成的过程很相似，只不过黑洞的质量更大；然而，所有被探测到的黑洞都大于5倍太阳质量。

　　在中子星质量上限和黑洞质量下限之间存在着什么仍然是个谜——但一个如此大质量的中子星将会对这个谜题的解答有所启发。

　　天文学家测算J0740+6620质量的方法十分巧妙——有赖于从地球观测到的这颗星星的属性和方位。

　　J0740+6620是一颗毫秒脉冲星，距离地球约4500光年远。这意味着它旋转的速度快得惊人，且其角度使得它每旋转一圈都能将发射自磁极的强烈无线电波束扫向地球——以毫秒级规模。

　　这些脉冲的规律性可以在多方面得到应用，但当它们显示微弱的不规则性时也存在相当大的研究价值。

　　?图源：public.nrao.edu

　　该脉冲星存在于一个双星系统中，其伴星为一颗白矮星，这给了我们谜题的第二块拼图：双星系统以边缘侧面朝向地球，导致白矮星在我们和脉冲星之间经过——这种现象被称为“越过”。

　　弗吉尼亚大学国家射电天文台的唐克福·克罗马蒂带领的天文团队就是通过白矮星重力作用对该中子星脉冲发放规律性的轻微扰动方式来测算其质量的。

　　这个扰动叫做夏皮罗时间延迟（上图动画所示），当脉冲星发射的光线路径被白矮星的重力作用所弯曲，这种扰动就会发生，使得白矮星隔在我们和脉冲星之间时，这段光线到达地球花费的时间稍长一些。但这种扰动其实十分轻微——时间差异只有十万分之一秒。

　　克罗马蒂和她的团队综合了五年的有价值研究数据和两次专门观测活动结果，终于确定了延迟的精确时间。这使他们能够计算出该白矮星对时空的弯曲作用程度，进而推测出白矮星的质量。

　　一旦双星系统中的一个天体质量已知，计算出另一天体的质量就很简单了——在68.3%的可信区间内用2.14+0.100.09 M的公式计算得出。

　　我们其实并不知道一个中子星能达到多大。通常被引用的数字是3倍太阳质量，但事实上还没有探测到过超过2.5倍太阳质量的中子星。

　　在此之前，最大的中子星可能是PSR J2215+5135，镁线测得质量约为2.27倍太阳质量的一颗脉冲星；或者PSR B1957+20，光谱推测径向速度进而估算得出高达2.4倍太阳质量的中子星。但团队指出，这两种测算方法的精确度可靠性都不及射电时间的方法。

　　也有稍微小一些的中子星PSR J0348+0432，约2.01倍太阳质量，也是应用了夏皮罗时间延迟方法测得的。

　　不管最新发现的这颗脉冲星是否是迄今为止最大的中子星，对它的研究都无疑使我们能够更多了解这些神秘的星体。

　　蟹状星云的视觉合成与X射线图像，显示了其中心脉冲中子星(Velar Pulsar)的强磁场和物质引起的周围星云能量变化情况。该中子星为一次超新星爆炸的残留物。图源：simple.m.wikipedia

　　“中子星有多神秘就有多迷人，”克罗马蒂说道。

　　“这些体积只有城市大小的天体实质上是巨大的原子核体。它们的质量实在是太大了，以致其内部具有某些诡异的特性。寻找物理学和自然界所允许的最大质量极限可以使我们了解大量此领域以及天体物理学中其他未知领域的问题。”

　　参考资料

　　1.WJ百科全书

　　2.天文学名词

　　3. Erica- MICHELLE STARR

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　　2.天文学名词

　　3.原文来自： https://www.sciencealert.com/astronomers-have-found-what-could-be-the-most-massive-neutron-star-yet?perpetual=yes&limitstart=1

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