从来观测到的最重中子星正在碎它的同伴

By Tereza Pultarova 

2022/7/28

Science & Astronomy

这些恒星帮助天文学家估计什么时候中子星坍塌成黑洞。

一颗旋转的中子星从它的伴星吸收物质 。(Image credit: NASA)

从来探测到的最重中子星正在碎它的同伴，同时在它的轴上超过每秒700圈旋转。

这颗被称为PSR J0952-0607的中子星于2017年被发现在距离地球约3000光年的六分仪座。最近的测量显示这颗恒星的重量多达太阳的2.35倍，这使它成为已知最重的中子星。

中子星是恒星尸体，当巨星在它们核心燃料耗尽后死亡留下的超新星爆炸的残骸。这些恒星虽然只有几英里宽但捧有整个太阳更多的质量，使它们成为宇宙中除黑洞之外最密的已知天体。

中子星天生自旋，只能被通过射电波、X射线和伽马射线的光束探测，这是它们像宇宙灯塔一样发射的。因为它们的闪烁或脉动性质，它们频繁的被指为脉冲星。

大多数脉冲星相当慢的自旋，大约每秒一圈。另一方面，PSR J0952-0607每秒完成700多圈，这使它成为已知最快的旋转中子星之一（除了是最重的）。由于它的独特的性质，PSR J0952-0607能帮助科学家回答一些关于这些令人费解天体本质的深刻问题。

例如，科学家认为当中子星变得太重时它们坍塌到它们自己身上并变成黑洞。但他们不知道这个坍塌过程发生在什么质量上。他们也不了解这些恒星内部物质的状态，这些恒星是如此密以至于原子可能不能在它们内部以规则的形式存在，而是被压成自由漂浮的夸克（质子和中子的成分）汤。中子星的密度是如此高以至于一立方英寸（16立方厘米）的重量超过100亿吨。

加州大学伯克利分校天文学杰出教授、一项描述这颗恒星的研究的作者之一亚历克斯菲利彭科在一份声明中说，“我们大致知道物质在核密度下怎样行为，就像在一个铀原子的原子核中一样，一颗中子星就像一个巨大的原子核一样，但当你有一个半太阳质量的这种物质时，这大约是50万个地球质量的原子核都粘在一起，毕竟不清楚它们将如何行为”。

天文学家测量了一颗已经被一个看不见的伴星几乎剥脱了它的质量的微弱恒星（绿色圆圈）的速度，，他们确定这是迄今为止发现的最大质量、也许是中子星的上限的一颗中子星和毫秒脉冲星。(Image credit: W. M. Keck Observatory, Roger W. Romani, Alex Filippenko)

PSR J0952-0607是被称为黑寡妇脉冲星的双星系统的一部分。这些系统以臭名昭着的黑寡妇蜘蛛命名，它们在交配后吞噬它们的伴侣，这些系统由一颗从伴星吞噬物质的中子星组成。这个下落的物质是对这些脉冲星的令人难以置信的旋转速度负责的。

黑寡妇脉冲星中心的中子星本身很难研究，因为它们极端的微弱。

天文学家能够通过集中在伴星的残骸上来估计PSR J0952-0607的质量，到目前为止伴星的大小已经被缩小到一颗大行星的尺寸，大约是木星的20倍。使用夏威夷毛娜吉亚的3.2英尺（10米）凯克天文台，他们能够获得由消失的同伴发出的可见光光谱。通过将光谱与类似恒星的光谱进行比较，他们能够测量伴星的轨道速度并计算中子星的质量。

菲利彭科和他的同事、斯坦福大学天体物理学教授罗杰·W·罗姆尼近年来已经研究了大约十几个黑寡妇双星系统，但其中只有六个有过一个足够明亮使他们能够计算出中子星的质量的伴星。

罗姆尼在声明中说，“通过将这种测量结果与其他几个黑寡妇的测量结果相结合，我们表明中子星必须至少在这个质量上，即2.35加或减0.17个太阳质量（在坍塌成黑洞之前），”。“反过来，这为在原子核中见到的几倍密度物质的属性提供一些最强大的约束。真的，许多另外流行的密物质物理学的模型都被这个结果排除。

该研究被接受发表在《天体物理学杂志快报》上，目前可通过Arxiv存储库在线获得。