科學家們稱量了一顆中子星的重量，以瞥見里面奇怪的物理學

中子星是宇宙中最極端的物體之一。它們由超巨星坍縮的核心形成，比我們的太陽還重，但又被壓縮成一個城市大小的球體。

這些奇特恒星的致密核心包含被壓扁成獨特狀態(tài)的物質，我們不可能在地球上復制和研究。這就是為什么美國宇航局的任務是研究中子星，并了解控制其中子星內部物質的物理學。

我和我的同事們一直在幫助他們。我們使用了來自快速旋轉的無線電信號中子星來測量其質量。這使得科學家能夠利用美國宇航局的數(shù)據(jù)來測量恒星的半徑，這反過來又為我們提供了關于內部奇怪物質的最精確信息。

中子星里面有什么？

中子星核心的物質甚至比原子核的密度還要大。作為宇宙中最致密的穩(wěn)定物質形式，它被擠壓到極限，處于崩潰的邊緣。黑洞.

了解物質在這些條件下的行為是對基礎物理學理論的關鍵考驗。

美國宇航局的中子星內部成分探索R（NICER）任務正試圖解開這件極端事情的謎團。

NICER是國際空間站上的X射線望遠鏡。它檢測來自中子星表面熱點的X射線，那里的溫度可以達到數(shù)百萬度。

科學家們對這些X射線的時間和能量進行建模，以繪制熱點并確定中子星的質量和大小。

了解中子星的大小與其質量的關系將揭示其核心中物質的“狀態(tài)方程”。這告訴科學家中子星有多軟或多硬——多么“可擠壓”——以及它是由什么組成的。

一個較軟的狀態(tài)方程表明，核心中的中子正在分裂成一個由較小粒子組成的奇特湯。更硬的狀態(tài)方程可能意味著中子抵抗，導致更大的中子星。

狀態(tài)方程還決定了中子星在何時被撕裂時碰撞.

解開與中子星鄰居的謎團

NICR的主要目標之一是一顆名為PSR J0437-4715的中子星，它是最近和最亮的毫秒脈沖星.

脈沖星是一顆中子星，每次中子星旋轉時，我們都會發(fā)射無線電波束作為脈沖觀察。

這顆特殊的脈沖星每秒旋轉173次（與攪拌機一樣快）。近 30 年來，我們一直在觀察它穆里揚，新南威爾士州的CSIRO帕克斯射電望遠鏡。

處理NICER數(shù)據(jù)的團隊面臨著這個脈沖星的挑戰(zhàn)。來自附近星系的X射線使得準確模擬中子星表面的熱點變得困難。

幸運的是，我們能夠使用無線電波來找到脈沖星質量的獨立測量值。如果沒有這些關鍵信息，該團隊就無法恢復正確的質量。

稱量中子星的重量與時間有關

為了測量中子星的質量，我們依賴于愛因斯坦理論所描述的效應廣義相對論，稱為夏皮羅延遲。

大而密集的物體，例如脈沖星——在這種情況下，它的伴星，一顆白矮星——扭曲空間和時間。脈沖星和這個伴星每5.74天繞彼此公轉一次。

當脈沖星的脈沖穿過白矮星周圍的壓縮時空傳播到我們身邊時，它們會延遲幾微秒。

這種微秒級的延遲很容易用來自PSR J0437-4715等脈沖星的Murriyang來測量。這顆脈沖星，以及其他類似的毫秒脈沖星，經(jīng)常被觀測到Parkes Pulsar 定時陣列Project，使用這些脈沖星來檢測引力波.

由于PSR J0437-4715離我們相對較近，因此從我們的角度來看，當?shù)厍驀@太陽移動時，它的軌道似乎會輕微晃動。這種擺動為我們提供了有關軌道幾何形狀的更多細節(jié)。我們將其與夏皮羅延遲一起使用，以找到白矮星伴星和脈沖星的質量。

PSR J0437-4715的質量和尺寸

我們計算了一下這顆脈沖星的質量是典型的中子星，質量是太陽的1.42倍。這很重要，因為這顆脈沖星的大小也應該是典型中子星的大小。

然后，使用NICER數(shù)據(jù)的科學家能夠確定X射線熱點的幾何形狀并計算出來中子星的半徑為11.4公里.這些結果給出了最精確的錨點然而，在中密度下發(fā)現(xiàn)了中子星的狀態(tài)方程。

我們的新圖片已經(jīng)排除了最軟和最硬的中子星狀態(tài)方程?？茖W家們將繼續(xù)解讀這對中子星內核中存在奇異物質的確切意義。

理論認為，這個問題可能包括具有逃離了他們正常的家在較大的顆?；蚍Q為超子.

這些新數(shù)據(jù)增加了一個新興的中子星內部模型，該模型也得到了觀察來自碰撞中子星的引力波和相關的爆炸，稱為千新星。

Murriyang 在協(xié)助 NASA 任務方面有著悠久的歷史，并被譽為以下機構的主要鏡頭接收者：阿波羅11號月球漫步的大部分.

現(xiàn)在，我們已經(jīng)使用這臺標志性的望遠鏡來“權衡”中子星內部的物理學，從而推進我們對宇宙的基本理解。

丹尼爾·里爾登，脈沖星定時和引力波博士后研究員，斯威本科技大學

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