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打个更直观的比方:如果把它放在地球轨道上,地球绕太阳的公转轨道(15亿公里)能装下6000万个这样的中子星,而它们的总质量才和太阳相当。
但这个“体重”
已经逼近宇宙的“密度悬崖”
——理论上的中子星质量上限(奥本海默-沃尔科夫极限),约为2-3倍太阳质量。
超过这个极限,中子简并压(中子间的量子排斥力)将无法对抗引力,星体会无限坍缩成黑洞。
psrj0740+6620的214倍太阳质量,就像站在悬崖边的人,脚下就是黑洞的“深渊”
。
“它每多一克质量,都可能改写我们对极端物质的认知。”
赵磊说。
三、“称重”
中子星:如何给4600光年外的“宇宙秤砣”
测体重?给一颗4600光年外的星体“称重”
,听起来像天方夜谭。
天文学家用的“秤”
,是引力对周围天体的扭曲效应——就像地球绕太阳转,是因为太阳的引力拉着地球。
psrj0740+6620身边有一颗“伴星”
:一颗直径约30万公里的白矮星(和地球差不多大,质量却和太阳相当),像忠诚的“跟班”
一样绕它旋转。
白矮星的质量虽不如中子星,但引力依然会让中子星稍微“晃动”
——这种晃动会导致脉冲信号的时间出现微小偏差(引力时间膨胀效应)。
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赵磊团队用了4年时间,用美国绿岸望远镜和欧洲甚长基线干涉仪(vlbi)追踪这对“双星系统”
的轨道:记录脉冲信号的到达时间,分析白矮星绕中子星旋转时的引力扰动。
2021年,他们终于算出精确结果:中子星质量214倍太阳,白矮星质量026倍太阳,两者绕共同质心旋转的周期仅477小时(比地球自转还快5倍)。
“这就像用两根头发丝吊起一辆汽车,还要测出汽车的重量。”
赵磊形容这项工作的难度。
为了排除干扰,团队甚至要考虑地球大气层的波动、太阳风的扰动,甚至银河系其他天体的引力影响。
最终的数据精度达到00001倍太阳质量——相当于测出一枚硬币的重量,误差不超过一根睫毛。
四、中子星的“内部结构”
:从“原子核汤”
到“夸克糊”
psrj0740+6620的极端质量,迫使我们思考:它内部到底是什么?普通物质由原子构成,原子由原子核(质子和中子)和电子构成。
但在中子星内部,引力把原子压碎了——电子被挤进原子核,和质子结合成中子,形成“中子简并态”
,像一锅“原子核汤”
。
但这只是表层。
随着深度增加,压力会突破中子简并压的极限,中子可能被进一步压碎成更小的粒子:夸克。
科学家推测,psrj0740+6620的核心可能是“夸克物质”
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