新發(fā)現(xiàn)的天體挑戰(zhàn)恒星生成黑洞最小質(zhì)量的極限

新發(fā)現(xiàn)的神秘天體可能是有史以來(lái)最輕的黑洞

“揭示這個(gè)伴星的真正性質(zhì)將是我們理解中子星、黑洞以及可能潛伏在黑洞質(zhì)量間隙差距中任何其他東西的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。”

黑洞（左）和中子星表面爆發(fā)磁場(chǎng)（右）的插圖（圖源：宇航局戈達(dá)德太空飛行中心威辛格，航天局/蓋亞/DPAC）

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了位于銀河系的一個(gè)神秘天體，其質(zhì)量遠(yuǎn)大于最重的中子星，但比最小的黑洞還輕。

這個(gè)神秘天體可以幫助科學(xué)家更好的確定中子星和黑洞的分界線，兩者都是大質(zhì)量恒星死亡時(shí)誕生的。

“團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、曼徹斯特大學(xué)天體物理學(xué)教授本·斯塔普斯在一篇文章中提到：“伴星任何一種可能具備的性質(zhì)都令人興奮?！泵}沖星-黑洞系統(tǒng)將是檢測(cè)引力理論的一個(gè)重要應(yīng)用，而重中子星將為超高密度的核物理學(xué)提供新的研究方向。”

該天體是由位于南非北角的64個(gè)天線組成的MeerKAT射電天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。這些致密的恒星殘骸正圍繞著一顆快速旋轉(zhuǎn)的中子星或“毫秒脈沖星”運(yùn)行，該脈沖星位于大約4萬(wàn)光年之外的銀河系中一個(gè)被稱(chēng)為“球狀星團(tuán)”的致密恒星團(tuán)中。

雖然一個(gè)有兩顆中子星的系統(tǒng)已經(jīng)很吸引人了，但如果其中一個(gè)神秘的天體是一個(gè)黑洞，這將使該系統(tǒng)成為一個(gè)更令人難以置信的射電脈沖星-黑洞雙星系統(tǒng)。由于脈沖星的高周期性爆發(fā)性質(zhì)，它可以被用作定時(shí)器測(cè)試黑洞強(qiáng)烈引力的影響，這樣一個(gè)系統(tǒng)可能是測(cè)試愛(ài)因斯坦1915年引力理論（即廣義相對(duì)論）極限的關(guān)鍵。

這顆被稱(chēng)為PSR J0514-4002E的脈沖星，是MeerKAT在橫掃地球時(shí)發(fā)出的微弱無(wú)線電波脈沖中被發(fā)現(xiàn)的。

隨著中子星像宇宙燈塔一樣以每秒170轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，其高度規(guī)則的脈沖微小的變化使研究人員得以確認(rèn)PSR J0514-4002E是一個(gè)具備超密軌道的天體，這意味著它只能是一顆大質(zhì)量恒星坍縮的殘余。

研究小組發(fā)現(xiàn)，脈沖星和這個(gè)神秘物體之間的距離為500萬(wàn)英里（800萬(wàn)公里），大約是地球和太陽(yáng)之間距離的0.05倍，每7個(gè)地球日相互環(huán)繞一次。

PSR J0514-4002E軌道中天體的質(zhì)量比任何已知的中子星都要多，但比任何已知的黑洞都要少，使它落在黑洞的質(zhì)量差距中。

黑洞和中子星：發(fā)現(xiàn)差異

中子星和黑洞都是大質(zhì)量恒星核聚變?nèi)剂先急M時(shí)誕生的，此時(shí)恒星已無(wú)法再承受自己引力造成的內(nèi)部壓力。當(dāng)這顆垂死的恒星外層在超新星爆炸中被吹走時(shí)，恒星的核心就會(huì)向內(nèi)坍縮。

在質(zhì)量尺度很低時(shí)，恒星核心的崩潰止于具備量子屬性的中子，此時(shí)它會(huì)變成一個(gè)中子星，恒星殘骸質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量的1到2倍，寬度約為地球上的12英里（20公里）。

然而，在超過(guò)一定質(zhì)量時(shí)，維持中子間距的量子壓力被克服，會(huì)導(dǎo)致原子核完全坍塌成為一個(gè)黑洞。一個(gè)中子星的伴星如果可以竊取物質(zhì)來(lái)增加它自己的質(zhì)量，那它也可以超過(guò)這個(gè)極限坍縮成一個(gè)黑洞。

天文學(xué)家認(rèn)為，如果一個(gè)恒星的核心在失去其外層和絕大部分質(zhì)量后，其質(zhì)量仍然超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的2.2倍，那么它的重量就足以產(chǎn)生一個(gè)黑洞。

問(wèn)題是，我們所見(jiàn)過(guò)的最輕的黑洞其質(zhì)量仍然是太陽(yáng)的5倍左右。在5個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量和2.2個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間的黑洞被稱(chēng)為“黑洞質(zhì)量差距”，這讓人對(duì)中子星的2.2個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量極限產(chǎn)生了質(zhì)疑。

這種系統(tǒng)的黑洞示意圖（圖片來(lái)源：丹妮爾·福塞拉）

縮小了的黑洞質(zhì)量差距

斯塔普斯和他的同事們?cè)谑褂肕eerKat研究位于哥倫布星座南部的球狀星團(tuán)NGC 1851時(shí)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)天體，它可能是解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)和縮小的黑洞質(zhì)量差距的關(guān)鍵。

該研究小組認(rèn)為，可能是兩顆中子星之間的碰撞讓他們探測(cè)到了這顆圍繞脈沖星PSR J0514-4002E運(yùn)行的神秘物體。

團(tuán)隊(duì)還不能確定PSR J0514-4002E的同伴是中子星、一個(gè)黑洞、還是迄今為止尚未知的超密宇宙天體，但他們知道這個(gè)系統(tǒng)可以成為一個(gè)獨(dú)特的宇宙實(shí)驗(yàn)室用以研究極端條件下天體的物理行為。

杜塔總結(jié)道：“我們還沒(méi)有研究完這個(gè)系統(tǒng)，揭示這個(gè)伴星的真實(shí)性質(zhì)將是我們理解中子星、黑洞以及黑洞質(zhì)量差距中可能潛伏的任何其他天體的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)?！?/p>

BY:Robert Lea

FY: 雜七八糟嘿

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