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,psrj0030+0451的脉冲周期精确到0002秒,比原子钟还准。
“我们看到的脉冲,其实是中子星‘磁极灯笼’的转动,”
艾米丽指着模拟动画,“如果中子星是完美球体,磁极附近的热斑应该是圆形,脉冲信号也应该严格对称。
但j0030的热斑是三瓣状,说明它的表面……变形了。”
二、nicer的“x射线眼睛”
:看清中子星的“皮肤”
发现热斑变形,离不开psrj0030+0451的“专属摄影师”
——nicer望远镜。
这台2017年安装在国际空间站的x射线望远镜,口径仅60厘米,却像给中子星做了次“皮肤ct”
。
“普通望远镜看中子星,就像隔着毛玻璃看灯泡,”
艾米丽解释,“只能看到模糊的光斑。
nicer的硅探测器能分辨01毫秒的时间差,还能绘制x射线的‘亮度地图’——相当于给中子星表面拍‘热成像’,看清哪里热、哪里冷。”
2019年,nicer首次对准psrj0030+0451,拍下的热斑图像就让团队惊讶:两个热斑,一个在南极附近,一个在赤道,形状像“花生”
。
当时他们以为是观测角度问题,直到2021年这次叠加数据,才发现热斑的真实轮廓——三个热点,分别位于南半球和赤道,长轴方向一致,像被一只无形的手“拉长”
了。
,!
“如果中子星是完美球体,自转离心力会让它微微‘变扁’(赤道鼓、两极扁),但变形量最多01。”
马克指着计算机模拟的完美球体模型,“可j0030的热斑长轴比短轴长30,说明它的表面起伏至少有几公里——就像高尔夫球上有三个凸起的‘瘤子’。”
更关键的发现藏在“质量半径”
数据里。
通过脉冲信号的时延(引力弯曲时空导致光线偏折),团队算出psrj0030+0451的质量约144倍太阳质量(相当于2880个地球),半径却只有13公里(比纽约曼哈顿岛还小)。
“按传统理论,这么大质量的中子星,半径应该更小(11-12公里),”
艾米丽的导师、天体物理学家卡尔文教授推了推眼镜,“但j0030的半径是13公里,意味着它的密度比预期低——核物质可能比我们想的更‘软’。”
三、“变形”
的猜想:中子星的“内核秘密”
psrj0030+0451的“变形”
和“大半径”
,让理论物理学家坐不住了。
在中子星内部,核物质处于极端状态:压强是地球的1000万亿倍,温度高达千亿度,常规物质的状态方程(描述压强与密度的关系)在这里完全失效。
“我们以为中子星内核是‘核意大利面’,”
艾米丽用厨房比喻,“超子(带奇异夸克的粒子)像面条,夸克胶子等离子体像酱料,层层叠叠。
但j0030的数据显示,内核可能更‘蓬松’,像发糕一样有弹性,所以表面容易变形。”
团队提出了三种假说:假说一:“山脉”
说中子星外壳(厚度约1公里)可能因自转离心力和磁场应力,形成微小的“山脉”
(高度几厘米到几米)。
这些“山脉”
会扭曲磁场,导致热斑变形。
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