新研究發現中子星半徑一般為11公里

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【大紀元2020年03月16日訊】(大紀元記者笛睿編譯)一個由馬普引力物理研究所成員負責的國際研究組,用新方法分析得到中子星的半徑大約在11公里左右。研究者稱,這比以前研究結果得出的範圍縮小了兩倍。

中子星合併事件猶如「金礦」

中子星是目前科學家觀測到的宇宙中密度最大的天體,就像把整座城市大小的物質壓縮到一個原子核這麼大的空間內,還有其他的說法是,相當於將近兩倍太陽質量的物質塞進一座城市大小的空間內。

不管哪種比方,都可以理解中子星的密度真是超乎想像,非常大。這樣的物體究竟有什麼樣的特性,科學家還不知道。在地球的任何實驗室環境中,科學家都造不出這樣的物體。

科學家說,通過測量中子星的各種特性,有助於了解亞原子層面的物理定律。主要研究者卡帕諾(Collin Capano)說,發現兩顆中子星的合併事件對科學家來說就像發現「金礦」一樣,可以獲得大量有意義的信息。

這份近期發表在《自然-天文學》(Nature Astronomy)期刊上的研究,通過對天文事件GW170817「多信息渠道觀測」,即引力波數據結合電磁頻譜的觀測,了解到這是兩顆中子星的合併,並探索到中子星的一些簡單特性,比如半徑大小和質量。

「太令人震驚了,GW170817是兩座城市般大小的天體在1.2億年前相撞而成,那時恐龍還在地球上行走。」卡帕諾說。

「我們發現最典型的中子星,大約是有1.4倍太陽的質量,半徑約為11公里。」合作研究者克里希南(Badri Krishnan)說,「我們得到的結果認為一顆典型的中子星的半徑範圍在10.4~11.9公里之間。這個範圍比以前的結果縮小了兩倍。」

多信息渠道觀測並非易事

研究者稱,這份研究的意義不僅在於提升了中子星半徑的測量的準確度,還了解了中子星與中子星、黑洞與黑洞,以及中子星與黑洞合併事件的一些觀測特性。

這份研究發現,對於兩顆中子星合併的情形,比如GW170817的情形,未來僅使用位於美國的LIGO 和意大利的Virgo引力波探測器很容易就可以分辨出這是兩顆中子星合併、還是兩個黑洞的合併。不過目前,電磁頻譜的數據也起了重要作用。

然而對於中子星和黑洞的合併,光靠引力波觀測,就難以將其與兩個黑洞合併的事件區分開來。這還需要結合電磁頻譜數據,或是合併之後的引力波的數據,才能將兩者區分。

這份研究還發現,對於中子星和黑洞的合併事件,其實並不容易實現「多信息渠道觀測」。因為幾乎所有的這種合併事件中,中子星直接被黑洞吞噬,無法進行電磁頻譜觀測。只有在黑洞非常小,或是黑洞處於高速旋轉狀態的情況下,中子星才會先被黑洞撕裂後再被吞噬,只有在這種情況下,才能進行電磁頻譜觀測。

研究者預計未來十年,現有引力波探測儀的敏感度將更高,結合更好的多渠道觀測技術,將能探測到更多中子星的合併事件。每一個合併事件都是一個「金礦」,為科學家提供中子星和核物理的大量新信息。◇

責任編輯:朱涵儒

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