银河系中最极端的恒星之一变得更加古怪。
科学家测量了一个物体的质量命名为 PSR J0952-0607,并发现它是迄今为止发现的最大质量的中子星,其质量高达太阳的 2.35 倍。
如果属实,这非常接近理论上的质量上限约2.3个太阳质量对于中子星来说,它代表了一个优秀的实验室,用于研究这些我们认为处于崩溃边缘的超致密恒星,希望更好地理解构成它们的物质的奇怪量子态。
“我们大致知道物质在核密度下的行为,就像在铀原子核中一样,”天体物理学家亚历克斯·菲利彭科说加州大学伯克利分校。
“中子星就像一个巨大的原子核,但是当你拥有一个半太阳质量的物质时,也就是大约 500,000 个地球质量的原子核全部粘在一起时,我们根本不清楚它们会如何表现。”
中子星是大质量恒星塌缩的核心,这些恒星的质量约为太阳的 8 至 30 倍,在它们变成超新星并将其大部分质量吹入太空之前。
这些核心的质量约为太阳的 1.5 倍,是宇宙中密度最大的物体之一。 唯一更密集的是。
它们的质量被压缩成一个直径仅 20 公里(12 英里)左右的球体; 在该密度下,质子和电子可以结合成中子。 阻止中子球塌缩成黑洞的唯一因素是它们占据相同量子态所需的力,称为简并压力。
在某些方面,这意味着中子星的行为就像巨大的原子核。 但在这个临界点(中子形成奇异结构或模糊成较小粒子的汤)会发生什么,很难说。
PSR J0952-0607 已经是银河系中最有趣的中子星之一。 这就是所谓的– 旋转速度非常快的中子星,从两极发射出辐射流。 当恒星旋转时,这些极点以宇宙灯塔的方式扫过观察者(我们),使恒星看起来在脉动。
这些恒星的旋转速度非常快,其旋转速度达到毫秒级。 PSR J0952-0607 是银河系中第二快的脉冲星,每秒旋转 707 次,令人惊叹。 (最快的只是稍微快一点,旋转速度为每秒716次.)
这也是所谓的“黑寡妇”脉冲星。 这颗恒星与一颗双星伴星处于近距离轨道上,距离如此之近,以至于其巨大的引力场从伴星中拉出物质。 这种物质形成一个吸积盘,它旋转并流入中子星,有点像水在排水管周围旋转。 来自吸积盘的角动量转移到恒星,导致其自转速度增加。
由斯坦福大学天体物理学家 Roger Romani 领导的团队希望更好地了解 PSR J0952-0607 如何适应这一过程的时间线。 双星伴星很小,不到太阳质量的 10%。 研究小组对该系统及其轨道进行了仔细研究,并利用这些信息对脉冲星进行了新的精确测量。
他们的计算结果是太阳质量的 2.35 倍,相当于 0.17 个太阳质量。 假设一颗标准中子星的起始质量约为太阳质量的 1.4 倍,这意味着 PSR J0952-0607 已从其双星伴星中吸收了相当于整个太阳质量的物质。 研究小组表示,这对于中子星来说是非常重要的信息。
“这为物质的特性提供了一些最强的限制,其密度是原子核中的密度的几倍。事实上,许多其他流行的稠密物质物理模型都被这个结果排除在外。”罗马尼解释道。
“中子星的最大质量很高,表明它是原子核及其溶解的上下夸克一直到核心的混合物。这排除了许多提出的建议,尤其是那些具有异国情调的内部结构的。”
该二进制文件还显示了一种隔离机制,没有二元伴星,可以具有毫秒旋转速率。 J0952-0607的同伴几乎消失了; 一旦它被完全吞噬,脉冲星(如果它没有超过质量上限并进一步塌缩成黑洞)将在相当长的一段时间内保持其疯狂的快速旋转速度。
而且它将是孤独的,就像所有其他孤立的毫秒脉冲星一样。
“随着伴星演化并开始变成红巨星,物质溢出到中子星,并使中子星旋转。通过旋转,它现在变得难以置信的充满能量,一股粒子风开始从中子中喷出然后,那股风撞击了供体恒星,开始剥离物质,随着时间的推移,供体恒星的质量减少到一颗行星的质量,如果再过去更多的时间,它就会完全消失。”菲利彭科说。
“所以,这就是孤独的毫秒脉冲星是如何形成的。它们一开始并不孤单——它们必须是一对双星——但它们逐渐蒸发掉了它们的同伴,现在它们是孤独的。”
该研究发表于天体物理学杂志通讯。