天文学家已经确定了可能最大的物体迄今为止。
它是,命名为 J0740+6620,其脉冲时间的差异使其质量计算为太阳的 2.14 倍,挤进一颗直径仅为 30 公里(19 英里)的恒星。
从这个角度来看,太阳的直径为 139.1 万公里(约 864,000 英里)。
这些测量结果使 J0740+6620 成为第一颗超过 2 个太阳质量的中子星68% 置信区间,并使其非常接近旋转中子星的上限 2.3 个太阳质量去年计算的基于天文学。
这可以让我们更接近了解这些极端物体的上限。
中子星是由从周围开始的恒星形成的8次和30次太阳的质量。 当它们死亡时,这些恒星会通过一系列热核爆炸将其外部物质喷射到太空中,将所有可用物质的碎片融合到剩余的核心中。
一旦核心完全烧成铁,维持核心的压力就会消失,核心就会塌陷,将中子堆积起来,直到它们占据尽可能小的空间。 所得物体的密度相当于原子核。
这类似于产生一个,这种情况发生在质量较大的物体上; 然而,下面没有检测到黑洞5个太阳质量。
中子星上限和黑洞下限之间发生的情况仍然是一个谜,但大质量中子星可以为我们提供一些线索。
天文学家计算 J0740+6620 质量的方法非常聪明,并且在很大程度上依赖于地球上恒星的特性和方向。
J0740+6620距离我们约4500光年,是一颗毫秒脉冲星。 这意味着它的旋转速度非常快,并且它的倾斜方式使得从其磁极发射的明亮无线电波束在每次旋转时都扫过地球 - 在毫秒尺度上。 (这就是转录成音频的声音.)
这些脉冲的规律性可用于多种应用,但当它们表现出微弱的不规则性时,这也可能真正揭示问题。
脉冲星位于一个带有白矮星的双星系统中,这给我们带来了难题的第二部分:该系统与地球边缘相连,因此白矮星从我们和脉冲星之间穿过——这就是所谓的凌日。
白矮星的引力稍微扰乱了脉冲的规律性,弗吉尼亚大学国家射电天文台的谢福尔·克罗马蒂领导的天文学家团队测量了脉冲星的质量。
这种破坏被称为夏皮罗时间延迟(上面的动画),当来自脉冲星的光的路径被白矮星的引力弯曲时,就会发生这种情况,导致当白矮星经过我们和脉冲星之间时,它需要稍微更长的时间才能到达地球。 我们的意思是轻微的——差异仅为百万分之十秒。
Cromartie 和她的团队将五年的调查数据与两次专门的观测活动相结合,并能够确定延误的精确时间。 这使他们能够弄清楚白矮星的引力对时空的弯曲程度,进而使他们能够推断出白矮星的质量。
一旦知道了二元系统中一个物体的质量,计算另一个物体的质量就是一个简单的过程 - 在 68.3% 的可信区间内返回 2.14+0.10−0.09 M⊙ 的质量。
我们实际上并不知道中子星的质量有多大。 通常引用的数字是 3 个太阳质量,但事实是尚未检测到超过 2.5 个太阳质量的物体。
最大质量的中子星可能是PSR J2215+5135,一颗脉冲星,用镁线测量,估计质量为 2.27 个太阳质量; 或者PSR B1957+20,根据光谱推断的径向速度,估计质量高达 2.4 个太阳质量。 研究小组指出,这两种方法都不如无线电授时提供的精度可靠。
还有体积稍小的PSR J0348+0432,计时为 2.01 个太阳质量,也是使用夏皮罗时间延迟计算的。
无论这颗最新的脉冲星是否是迄今为止质量最大的中子星,这项研究肯定会让我们更多地了解这些神秘的恒星。
“中子星既神秘又迷人,”克罗马蒂说。
“这些城市大小的物体本质上是巨大的原子核。它们的质量如此之大,以至于它们的内部呈现出奇怪的特性。找到物理学和自然允许的最大质量可以让我们学到很多关于天体物理学中这个原本无法进入的领域的知识。”
该研究发表于自然天文学。