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最大的中子星可以有多大?

时间:2019-08-09 14:31:33 浏览量:
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法兰克福大学的天体物理学家为中子星的最大质量设定了一个新的极限:它们不能超过2.16倍太阳质量。自从20世纪60年代他们被发现以来,科学家们一直在寻找一个重要的问题:中子星到底能变成多大?与黑洞形成对比的是,这些恒星不能任意地增加质量;在一定的限度内,自然界中没有任何力量可以对抗它们巨大的引力。法兰克福大学的天体物理学家们第一次成功地计算出了中子星最大质量的严格上限。

最大的中子星可以有多大?最大的中子星可以有多大?

中子星半径约为12公里,质量是太阳的两倍,是宇宙中密度最大的天体之一,产生的引力场与黑洞相当。虽然大多数中子星的质量约为太阳的1.4倍,但也有大量的例子,如脉冲星PSR J0348+0432和2.01太阳质量。这些恒星的密度是巨大的,仿佛整个喜马拉雅山都被压缩成一个啤酒杯。然而,有迹象表明,如果加上一个中子,一个最大质量的中子星会坍缩成一个黑洞。

和他的学生一起伊莱亚斯最和卢卡斯Weih,卢西亚诺Rezzolla教授物理学家,法兰克福高级研究所高级研究员(fia)和法兰克福歌德大学理论天体物理学教授,现在已经解决了这个问题,40年来一直没有回答:有几个百分点的准确性,旋转中子星的最大质量不能超过2.16倍太阳质量。

这一结果的基础是几年前在法兰克福开发的“普遍关系”方法,“宇宙关系”的存在意味着几乎所有的中子星“看起来都一样”,这意味着它们的性质可以用无因次量来表示。研究人员将这些“普遍关系”与有关引力波信号的数据和随后在LIGO实验框架中观测到的两颗合并中子星的电磁辐射(kilonova)结合在一起。这极大地简化了计算,因为它使它们独立于状态方程。这个方程是描述恒星内部致密物质的理论模型,它提供恒星内部不同深度的成分信息。因此,这种普遍关系在确定新的最大质量方面起了重要作用。

这是理论与实验研究相互作用的一个很好的例子。理论研究的美妙之处在于它可以预测。然而理论迫切需要实验来缩小一些不确定因素。因此观察到数百万光年之外的一种二元中子星的合并,以及通过我们的理论研究发现的普遍关系,让我们解开了一个过去曾有过如此多的猜测的谜题,这是非常了不起的。

研究结果发表在《天体物理学杂志》上。就在几天后,来自美国和日本的研究小组证实了这一发现,尽管他们已经采取了不同的和独立的方法。引力波天文学预计在不久的将来会观测到更多这样的事件,无论是在引力波信号方面,还是在更传统的频率范围内。这将进一步减少最大质量的不确定性,并导致在极端条件下更好地理解物质。这将在现代粒子加速器中模拟,例如在瑞士的欧洲核子研究中心或德国的公平设施。

编辑:时雨
关键词: 中子星
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