日探中子星内部结构

2023-02-07 4977 李沐泽 澳门日报

 中子星是除黑洞外密度最大的天体。日本理化学研究所、大阪大学、东北大学日前发布联合新闻公报说,一个国际研究团队用计算机模拟了双子星合併后发出引力波的波形,“读出”了超高密度物质的详细性质。该研究有望帮助科学家探明中子星内部结构以及超高密度物质的性质。

 中子星是在老年恆星的中心逐渐形成的。如果这颗老年恆星的品质约是太阳的十倍,那么这颗恆星就有可能变成中子星。反之则有可能变成白矮星。在恆星演化的后期,恆星外壳膨胀,反作用力促使恆星核收缩。在巨大的压力及由此导致的高温下,恆星核会发生各种複杂的物理变化,逐渐演变成中子星的内核。日本新闻公报说,目前有理论预测在中子星中心那样的超高压环境下,被封闭在中子、质子等强子内的夸克会逐渐被释放出来,最终转变成夸克物质并连续出现。这种理论称为“强子——夸克连续性”。

 二○一七年和二○一九年,美国激光干涉引力波天文台两次探测到来自双中子星合併的引力波。不过,由于引力波探测器的特性,捕捉到两个中子星相互靠近以及合併的瞬间已经是极限,而中子星碰撞之后会发生甚么则无法探知。

 根据“强子——夸克连续性”这一理论预测,研究团队首次用计算机模拟了双中子星一边释放引力波一边合併,最终形成一个高速旋转的中子星的过程。

 研究小组根据双中子星合併后超高压状态变化的三种不同模式分别进行模拟,并对发出的引力波的波形进行了详细分析。结果显示,伴随“强子——夸克连续性”产生的引力波,在三种不同模式下,其频率出现明显的不同。

 此外,根据最新观测结果,天文学家确认了迄今为止人类已知最重的中子星PSR J0952-0607,其品质约为太阳品质的二点三五倍,且每秒旋转七百○七次,是银河系中旋转速度最快的中子星之一,它几乎粉碎并吞噬了其伴星的全部品质。

 中子星PSR J0952-0607是地球观测範围内密度最大的天体,这类吞噬其伴星的中子星也被天文学家称为“黑寡妇”脉冲星(中子星的一种)。确认“黑寡妇”脉冲星的品质,可以帮助科学家确定大型中子星与最小黑洞之间的品质分界线。

 天文学家普遍认为,当一颗核心品质大于约一点四倍太阳品质的恆星在其生命末期坍缩时,会形成一个緻密的、紧凑的中子星,其内部处于极高的压力之下,以至于所有的原子都被压碎在一起。这些中子星生来就在旋转,虽然由于太过暗淡而无法在可见光波段下看到,但它们却会发出射电波、X射线甚至伽马射线——它们在旋转时闪烁,就像灯塔的旋转光束一样。

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