德國哥德大學的科學家開發了一種新的物理模型，他們用更新的模型重新測算了中子星的尺寸，將引力波觀測數據注入模型的約束效果幫助天體物理學家設立了中子星尺寸的上限值，比他們過去的此類估算更為精確。中子星是宇宙中質量最為緻密的天體，它們的質量相當於我們的太陽，而它們的“個頭”相當於世界上一個主要城市的大小。天體物理學家感到困惑一個問題是：中子星的體形更像一個條帶狀的洛杉磯？還是更像一個緊湊的舊金山？精確的中子星外星仍然在科學家的理解能力之外。歌德大學的研究人員引入的引力波數據來自對兩個中子星合併事件的測量結果，該中子星被天文學家標記為GW170817。中子星的質量壓縮在非常小的體積內，超過了中子星的密度，它們可能進一步塌縮為一個宇宙的“王者”——黑洞。研究人員用中子星質量的“臨界點”來限定中子星的尺寸範圍。
歌德大學位於德國的法蘭克福，來自該大學理論物理研究所的研究人員近日在《物理學評論通訊》雜誌上發表了他們的研究成果，他們藉助新模型、新參數的計算顯示，中子星的尺度在12公里到13.5公里之間，或者在7.4英里到8.4英里之間。然而，由於存在兩種不同的解決方案，對中子星尺寸的計算可能出現不同的結果。更為緻密的中子星發生相變的機制還不夠明確，不排除出現一種超緻密的中子星，這使得它們的尺寸變得更小。中子星也被稱之為脈衝星，它們是老年恆星毀滅後的遺骸，恆星到達生命週期的最後階段時發生劇烈的爆發，在死亡恆星的中心留下一顆體積狹小的中子星。恆星的質量相當於太陽的10倍到30倍時將會最終轉變為一顆中子星。科學家過去一向認為中子星的直徑大約在20公里，在如此小的體積內“塞進”一顆大於太陽的質量，它們的密度變得極大。
西班牙加泰羅尼亞技術大學(UPC) 和加拉利群島天體物理研究所 (IAC) 的聯合攻關科學小組的研究人員精確測量了一顆迄今為止被認為是最大質量的一顆中子星的質量，這顆被天文學家標記為 PSR J2215+5135的中子星相當於2.3倍的太陽質量，在2011年發現的該中子星接近了質量的“吉尼斯紀錄”。天文學家到目前為止總共發現了2000多顆中子星，其中在2011年公佈發現的這顆中子星為太陽質量的2.4倍，在2010年和2013年公佈發現的這顆中子星為太陽質量的2倍。西班牙的聯合小組使用了加拉利亞斯大望遠鏡 (GTC),的數據，它是世界上最大的光學和紅外線望遠鏡，使用了威廉·赫歇爾望遠鏡 (WHT)和伊薩克·牛頓望遠鏡組 (ING) 以及 IAC-80望遠鏡的觀測數據，他們應用了雙星系的動力學模型，將這顆其中之一最大重大中子星質量的計算結果發表在《天體物理學》雜誌上。
中子星PSR J2215+5135是雙星系中的一顆，它和它的伴隨恆星圍繞它們的質量中心旋轉，伴隨的一顆正常運行的恆星受到中子星的強烈的輻射。第一課中子星的質量越大，伴隨的第二課恆星在軌道上的運轉速度越快。天文小組應用了氫原子和鎂原子的光譜線來測量第二顆伴隨恆星的運轉速度，他們第一次測量了伴隨恆星的“雙面速度”，恆星的一面被中子星輻射，恆星的背面形成陰蔽面，通過伴隨恆星的運轉速度來計算中子星的質量，計算結果顯示了中子星的質量相當於太陽的2倍多。他們開發了在緊湊的雙星系中測量中子星質量的方法比過去使用的更為精確。西班牙天文團隊採用的新方法適用於其它的雙中子星系。在過去的10年，像費米—LAT和美航局的伽馬射線望遠鏡發現了數十個與 PSR J2215+5135相似的脈衝星，該方法原則上適用於測量黑洞和白矮星的質量，黑洞、白矮星和中子星一樣都是死亡恆星留下的遺物，它們同樣存在於和中子星相似的雙星系中。大於太陽質量30倍的死亡恆星形成黑洞，而小於太陽質量10倍的死亡恆星形成白矮星。
對於天體物理學的許多領域而言，確定中子星質量的意義非常小可，對天體物理學的研究價值等同於對原子核物理學的研究。我們知道中子和質子構成原子和原子內的原子核，質子和中子、或核子的相互作用發生在中子星非常高的物質密度中，這是今日物理學其中之一的最大神秘性。中子星是一個天然的實驗室，科學家通過中子星來研究超越人們想象的最緻密、最奇異的物質態。西班牙天文小組的研究成果支持了一種觀點，即：為了抵禦2.3倍太陽質量形成的強大引力，中子星內的物質粒子必然提供足夠大的斥力，引力和斥力實現了平衡，這意味著科學家不太可能在中子星的中心區域發現自由態的夸克和其它奇異的物質態。
科普編譯：2018-6-27
The massive pulsar in the binary system PSR J2215+5135, illustrated in the Figure, heats up the inner face of its companion star.Credit: Gabriel Pérez, SMM (IAC).
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