天文学家发现中子星环绕“不应该存在”的神秘天体运行

摘要:

天文学家发现了一颗中子星,它围绕着一个神秘的天体运行,从各方面来看,这个天体都不应该存在。这个天体在光线下似乎看不见,而且太小,不可能是黑洞,因此无法解释。

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艺术家眼中的神秘双星系统 MPIfR; Daniëlle Futselaar (artsource.nl)

天文学家利用南非的 MeerKAT 射电望远镜,在哥伦布星座一个名为 NGC 1851 的球状星团中发现了一颗脉冲星,从而揭开了这个谜团。脉冲星是一种具有强磁场的中子星,它产生的无线电波像灯塔的光束一样向四周扫射。当这些电波锥碰巧面向地球时,我们就会看到它们在有规律地跳动,脉冲星也因此而得名。

天文学家利用南非的 MeerKAT 射电望远镜,在哥伦布星座一个名为 NGC 1851 的球状星团中发现了一颗脉冲星,从而揭开了这个谜团。脉冲星是一种具有强磁场的中子星,它产生的无线电波像灯塔的光束一样向四周扫射。当这些电波锥碰巧面向地球时,我们就会看到它们在有规律地跳动,脉冲星也因此而得名。

由于这些信号是如此稳定和可预测,天文学家可以研究它们的时间,并计算出有关其周围环境的惊人信息量。在这种情况下,他们发现这颗脉冲星与另一个天体一起运行--这时事情开始变得诡异起来。

"当我们查看NGC 1851的哈勃图像时,我们在那个位置什么也没看到,"该研究的合著者Prajwal Voraganti Padmanabh说。"因此,与脉冲星在轨道上运行的天体不是一颗正常的恒星,而是一颗坍缩恒星的密度极高的残余物。"

众所周知,这些坍缩的恒星残骸有两种形式:要么是另一颗中子星,要么是一个黑洞。但有一个问题--这个天体被发现质量太大,不可能是一颗中子星,但质量不够大,不可能是一个黑洞。

根据模型,中子星总是小于大约两个太阳质量,而黑洞永远不会轻于大约五个太阳质量。对宇宙的观测也证明了这一点--紧凑的天体总是属于其中一类。总之,直到现在。新发现的这个天体的质量大约是太阳质量的 2.1 到 2.7 倍,完全符合既定的"质量差距"。这意味着,它可能是已知最重的中子星,也可能是已知最轻的黑洞--或许,完全是另一种东西。

这项研究的合著者保罗-弗莱雷(Paulo Freire)说:"不管这个天体是什么,这都是一个令人兴奋的消息。如果它是一个黑洞,这将是已知的第一个脉冲星/黑洞系统,几十年来这一直是脉冲星天文学的圣杯。如果它是一颗中子星,这将对我们理解物质在这种惊人密度下的未知状态产生根本性影响。"

研究人员提出,这个奇怪的系统实际上是由之前的两个双星系统形成的。其中一个包含两颗中子星,它们相撞后合并成一个小于平均水平的黑洞。而另一个系统则包含一颗中子星,它与另一颗恒星的轨道很近,前者从后者身上汲取物质。这个过程在宇宙中很常见,它将角动量传递给中子星,使其变成一颗快速旋转的脉冲星。另一颗恒星则变成了被称为白矮星的死壳。

最终,黑洞闯入了双星系统,三个天体的复杂运动导致白矮星被抛出。这就形成了今天看到的脉冲星/黑洞系统。

这并不是在质量间隙中发现的第一个天体。2019 年,引力波探测器捕捉到了一个 23 个太阳质量的黑洞吞食2.6 个太阳质量物体的信号。由于这是在天体被摧毁后才发现的,我们只能从中了解到这么多。值得庆幸的是,NGC 1851 有一个活着的黑洞,我们可以继续研究它。

这项研究的合著者阿鲁尼玛-杜塔(Arunima Dutta)说:"我们对这个系统的研究还没有结束。揭开伴星的真实面目将是我们了解中子星、黑洞以及黑洞质量间隙中可能潜藏的其他东西的一个转折点!"

这项研究发表在《科学》杂志上。下面的视频展示了该系统的拟议形成过程。

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