超重的中子星?

[ 录入者:zhoumeichun | 时间:2008-02-03 10:09:23 | 作者: | 来源: | 浏览:3003次 ]

原文标题:Overweight Neutron Stars?

作者:Rick Fienberg   原文来自:SKYtonight.com     Posted: 2008. 1. 17

编译:Melipal    审校:Linq (编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。

与许多人一样,中子星 有些时候积累起的 质量也会多于其应有的 数值。我们都知道人是如何长胖的 :吃得太多,运动太少。但没有人知道,少数的 中子星 是如何变得比其他同类更重的 。因此,上周在德克萨斯州奥斯汀召开的 美国天文学会会议上,新发现的 两个明显事例子让天文学家头疼不已。

中子星 是中等质量(初始质量是太阳的 8至20或30倍)恒星 残留的 核心。随着此类恒星 的 演化,它将轻原子核融合成越来越重的 核子。最终,恒星 的 中心会形成铁核。在恒星 外层惊人压力的 作用下,星 核被高度压缩,其组成的 原子被紧密地压在了一起,达到量子力学允许的 极限,即所谓的 电子简并态。如果核心质量大于1.44倍太阳质量(即钱德拉塞卡极限),连电子简并压也不足以支撑星 体。核心会突然坍缩,其中的 质子与电子合并成中子,在超新星 爆发过程中,瞬间释放的 能量将星 体的 其余部分炸成碎片。剩下的 是直径5至10英里的 中子星 ,现在它由中子简并

压支撑,环绕在周围的 是发光的 气体云纤维。

m5king_275.jpg

球状星 团梅西耶5号位于巨蛇座,距离我们25000光年。在其数以十万计的 成员星 中,至少有一颗毫秒脉冲星 属于银河系 最重的 中子星 之列。(图片提供:Sally & Curt King / Adam Block / NOAO / AURA / NSF)

无论如何,这只是理论。它可以解释为什么迄今发现的 大部分中子星 质量小于太阳的 1.4倍。它还可以解释,为什么阿雷西博天文台的 Paulo Freire与同事在巨蛇座球状星 团梅西耶5号与人马座球状星 团NGC 6440中的 发现(分别有着1.9与2.7倍左右的 太阳质量的 中子星 )让天文学家如此迷惑。

疑难天体是毫秒脉冲星 ,也就是高度磁化的 中子星 ,每秒自转数百周,每个周期都会抛洒扫过地球的 粒子与辐射流。这些天体是双星 系 统的 成员星 。孤立的 中子星 每秒“只”旋转几周,但在双星 系 统中,通过从伴星 吸积物质与角动量,中子星 的 自转速度可以达到更快。对于毫秒脉冲星 来说,球状星 团是尤其富饶的 猎场,原因是其高恒星 密度的 环境造就了大量的 多重恒星 系 统。

在新发现的 两个天体中,M5 B更具有竞争性。Freire及其同事使用波多黎各庞大的 阿雷西博射电望远镜对其脉冲监测了18年,由此极为精确地定出了双星 系 统的 性质。他们推算出的 脉冲星 质量是太阳的 1.94±0.18倍,伴星 质量是太阳的 0.16±0.10倍。他们甚至还探测到了系 统轨道拱线缓慢的 摆动,这是爱因斯坦广义相对论的 预言。NGC 6440中的 毫秒脉冲星 是去年才首次探测到的 ,因此一段时间之后,Freire的 小组才能作出足量的 计时测量,以确定地宣布,它比M5中的 脉冲星 还要重——虽然这是他们基于迄今获取的 观测结果所作出的 猜测。

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哈勃太空望远镜拍摄的 这张放大图指明了毫秒脉冲星 M5 B在球状星 团M5内位置。天文学家有95%的 把握认为,M5 B的 射电脉冲来自宽0.4角秒的 红圈之内。在这张照片中,不论是脉冲星 还是它的 伴星 ,都因为过于暗淡而不能露面。(图片提供:Paulo Freire & Others)

我们对于中子星 内部结构的 理解仍是初步的 。Freire说道:“没有人知道,在这类天体深处,物质的 行为究竟是什么样子的 。”为了产生M5 B这样大的 质量,天文学家的 模型必须要作出修改,认为中子星 的 物质比理论家的 预期更加难以压缩(“更硬”)。

关于多余的 物质来自何方,仍旧存在问题。也许是超新星 爆发过后落回中子星 的 一点点恒星 废料。或者质量超越钱德拉塞卡极限的 中子星 可以通过我们不曾发现过的 机制形成。如果后者属实,中子星 可能比我们认为的 更为普遍。推而广之,它也许能积累比预期更多的 质量来克服中子简并压,并产生黑洞。

更多可以阅读Freire与同事撰写的 两篇学术论文:《球状星 团M5中的 大质量中子星 》《NGC 6440与NGC 6441中新发现的 8颗毫秒脉冲星 》

(全文完)

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责任编辑:zhoumeichun

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