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2019-10-16人類迄今發現到的最大中子星 質量與密度大到就要「崩潰」
454 期
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【本刊訊】天文學家日前利用美國國家科學會（National Science Foundation）的綠堤望遠鏡（The Robert C. Byrd Green Bank Telescope, GBT），觀察到距地球約4600光年、快速旋轉脈的衝星（pulsar），是人類迄今看到最大的中子星。綠堤天文台（Green Bank Observatory, GBO）指出，這顆星星的質量，幾乎是中子星理論上可達到的最大值。
大質量恆星演化到末期時，在引力坍縮之下產生超新星爆炸，最終產生除黑洞外宇宙中密度最高的天體──中子星。從中擷取一塊方糖大小的中子星，放到地球上來看就重達一億噸，堪比全球人口總和的重量！不過，僅管科學家研究中子星已逾十載，其內部的本質為何，仍是一大謎團。舉例來說，如果將中子星碾碎，裡頭的物質會成為超流體（superfluid）並自由流動，還是分解成亞原子夸克（subatomic quarks）或其它顆粒？引力凌駕於物質之上並形成黑洞的「引爆點」又是什麼？都讓人相當好奇。
而北美納赫引力波天文台物理前沿中心（NANOGrav Physics Frontiers Center）研究員，透過綠堤望遠鏡找到一顆正快速旋轉的毫秒脈衝星（millisecond pulsar）──J0740+6620，其質量與密度好比將2.17顆太陽塞到直徑僅30公里的圓球裡。究竟這個天體能多大、多密？美國雷射干涉儀重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO）研究員近日透過碰撞中子星觀測到的重力波顯示，2.17個太陽質量，是真的快要到達星星「崩潰」的極限了。
脈衝星以其自磁極發射的雙無線電波束（twin beams of radio waves）聞名，這些光束會像燈塔一樣掃過它所能經過的空間。由於脈衝星的旋轉速度與規律性相當驚人，因此可作為原子鐘的宇宙等效物（cosmic equivalent），而這樣精確的計時依據也能幫助天文學家研究時空的性質，並增加他們對廣義相對論的理解。此外，宇宙精確度（cosmic precision）也能在相對於地球幾乎處於邊緣的雙星系統（binary system）中，提供計算兩顆恆星質量的途徑。
當脈衝星於白矮星伴星（white dwarf companion）後面經過時，訊號的到達時間會有約百萬分之一秒的延遲，此現象被稱作夏皮羅時間延遲效應（Shapiro Delay）。根據愛因斯坦的廣義相對論，從本質來看，來自白矮星的重力會使其周圍空間微微扭曲，在這樣的情況下，旋轉中子星的脈衝就得傳得更遠。利用此延遲，天文學家便能計算出白矮星的質量，一旦知道其中一個共同運行的物體的質量，就能得到另一個的相關資訊。
中子星的臨界點代表著其中心密度的極值，該研究的共同作者蘭索姆（Scott Ransom）近一步解釋，此極值也使得引力具備讓中子星坍縮的能力。每顆高質量的中子星，都讓科學家發現更趨極限的數值，並從中了解令人驚嘆的物質物理學。
新聞來源
Most Massive Neutron Star Ever Detected, Almost too Massive to Exist, Green Bank Observatory, 2019.