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新研究发现中子星半径一般为11公里

2020-3-16 环球解密

一个由马普引力物理研究所成员负责的国际研究组,用新方法分析得到中子星的半径大约在11公里左右。研究者称,这比以前研究结果得出的范围缩小了两倍。

一般的中子星相当于将两倍太阳质量的物质塞进一座城市大小的空间内。

中子星合并事件犹如“金矿”

中子星是目前科学家观测到的宇宙中密度最大的天体,就像把整座城市大小的物质压缩到一个原子核这么大的空间内,还有其他的说法是,相当于将近两倍太阳质量的物质塞进一座城市大小的空间内。

不管哪种比方,都可以理解中子星的密度真是超乎想象,非常大。这样的物体究竟有什么样的特性,科学家还不知道。在地球的任何实验室环境中,科学家都造不出这样的物体。

科学家说,通过测量中子星的各种特性,有助于了解亚原子层面的物理定律。主要研究者卡帕诺(Collin Capano)说,发现两颗中子星的合并事件对科学家来说就像发现“金矿”一样,可以获得大量有意义的信息。

这份近期发表在《自然-天文学》(Nature Astronomy)期刊上的研究,通过对天文事件GW170817“多信息渠道观测”,即引力波数据结合电磁频谱的观测,了解到这是两颗中子星的合并,并探索到中子星的一些简单特性,比如半径大小和质量。

“太令人震惊了,GW170817是两座城市般大小的天体在1.2亿年前相撞而成,那时恐龙还在地球上行走。”卡帕诺说。

“我们发现最典型的中子星,大约是有1.4倍太阳的质量,半径约为11公里。”合作研究者克里希南(Badri Krishnan)说,“我们得到的结果认为一颗典型的中子星的半径范围在10.4~11.9公里之间。这个范围比以前的结果缩小了两倍。”

多信息渠道观测并非易事

研究者称,这份研究的意义不仅在于提升了中子星半径的测量的准确度,还了解了中子星与中子星、黑洞与黑洞,以及中子星与黑洞合并事件的一些观测特性。

这份研究发现,对于两颗中子星合并的情形,比如GW170817的情形,未来仅使用位于美国的LIGO 和意大利的Virgo引力波探测器很容易就可以分辨出这是两颗中子星合并、还是两个黑洞的合并。不过目前,电磁频谱的数据也起了重要作用。

然而对于中子星和黑洞的合并,光靠引力波观测,就难以将其与两个黑洞合并的事件区分开来。这还需要结合电磁频谱数据,或是合并之后的引力波的数据,才能将两者区分。

这份研究还发现,对于中子星和黑洞的合并事件,其实并不容易实现“多信息渠道观测”。因为几乎所有的这种合并事件中,中子星直接被黑洞吞噬,无法进行电磁频谱观测。只有在黑洞非常小,或是黑洞处于高速旋转状态的情况下,中子星才会先被黑洞撕裂后再被吞噬,只有在这种情况下,才能进行电磁频谱观测。

研究者预计未来十年,现有引力波探测仪的敏感度将更高,结合更好的多渠道观测技术,将能探测到更多中子星的合并事件。每一个合并事件都是一个“金矿”,为科学家提供中子星和核物理的大量新信息。

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