大质量中子星打破宇宙记录

这张图显示了来自中子星（后部）的脉冲在经过前景白矮星附近时是如何减慢的。这一效应使天文学家能够测量该系统的质量，并发现迄今为止质量最大的中子星：距离地球约3000光年的PSR J1614-2230。

天文学家发现了迄今为止质量最大的中子星，其质量几乎是太阳的两倍。这一发现表明，正如它们的名字所暗示的那样，这些恒星实际上主要由中子组成，而不是更多的外来粒子。

中子星是超新星爆发后留下的快速旋转的残留物：巨大的恒星爆炸，质子和电子一起被挤压形成中子。它们通常很小，直径约为12英里（19.3公里）左右，但质量却和太阳一样重。

但新的、精确的中子星测量揭示了一个质量比迄今为止观测到的任何中子星都要大的物体。该恒星的质量几乎是太阳的两倍，比上一个1.67太阳质量的中子星记录保持者的质量高出约20%。

“在我们进行测量之前，我们真的不确定中子星会有这么大的质量，’这非常令人惊讶和兴奋，”国家无线电天文台天文学家保罗·德莫雷斯特研究员告诉太空网。“典型的想法是，大多数恒星紧紧地聚集在1.4太阳质量附近。”

尽管中子星有各种大小，质量可能是太阳的几十倍或数百倍，但“由于其性质”，中子星的独特之处在于，天文学家长期以来一直认为它们的质量仅限于太阳质量的1.4倍左右。

这颗破纪录的中子星被称为PSR J1614-2230，距离地球大约3000光年。

它到底是由什么组成的

中子星是由超致密物质组成的。一块亚苏格立方体大小的中子星可以重达约1亿吨。这种非同寻常的密度使中子星成为研究已知地球物理中密度最大和奇异的物质状态的理想方法，这些物质需要太多的能量才能在地球上以稳定的形式复制。

尽管中子星长期以来一直认为中子星完全由中子组成，但一些科学家最近提出，它们可能也含有更奇异的亚原子粒子，如超子和kaon凝聚体，它们拥有所谓的“奇异夸克”

尽管夸克（质子和中子的组成部分）通常被认为在自然界中总是被限制的原子核，但一些研究人员也提出，中子星可能含有未结合的“自由夸克”

最大质量中子星

为了了解更多关于中子星的信息，研究人员将重点放在了PSR J1614-2230上，这是一颗毫秒脉冲星，是一颗发射无线电脉冲并大约每千分之三秒旋转一次的中子星。毫秒脉冲星旋转非常可靠，作为非常稳定的计时器，即使是几百万分之一秒的变化也可以被探测到。

这颗脉冲星是一颗双星，与一颗伴星白矮星在相互轨道上。

为了确定中子星的质量，研究人员测量了其无线电脉冲的传播时间延迟，这是因为它们被伴星的引力场扭曲了。这种效应被称为夏皮罗延迟，随着成对恒星绕彼此轨道运行而系统地变化，意大利科学家的精确分析有助于确定白矮星的质量。

由于研究人员知道作为黑洞的双星系统的轨道特征，了解伴星的质量也使他们能够计算脉冲星的质量。

弗吉尼亚州夏洛茨维尔国家射电天文台的天文学家Scott Ransom说：“我们很幸运有了这个系统。”

研究人员说，这对恒星的轨道几乎与地球完全相邻，这使得无线电脉冲失真的变化更加明显。此外，对于同类型的恒星来说，白矮星的质量非同寻常，这意味着它的引力场对脉冲产生了特别深远的影响。

兰索姆补充道：“这种独特的组合使夏皮罗延迟更强，因此更容易测量。”

科学家们将脉冲星的质量缩小到太阳质量的1.97倍，取0.04太阳质量。

Demorest解释说，这种高质量几乎排除了目前提出的所有涉及超子和kaon凝聚体等奇异粒子的中子星物质模型。这些奇异粒子本质上比中子更容易爆炸，如果一颗如此大质量的中子星确实拥有这些粒子，它可能会挤压在一起，以至于坍塌成黑洞。

亚利桑那大学的研究人员FeryalOzel补充道，尽管中子星中的物质可能是由夸克物质组成的，但只有当它们像在正常原子核中那样强烈相互作用时，而不是当它们是自由的时，它才能支持如此大质量的恒星。

这些新发现还可以揭示伽马射线爆发的起源，伽马射线爆发是宇宙中最强大的爆炸。对于一种类型的伽马射线暴“短持续时间”爆发的原因，一个主要的解释是它们是由碰撞的中子星引起的。事实上，中子星的质量可以和PSRJ614-2230一样大，这表明这些碰撞的威力足以产生这些爆发。

兰索姆说：“脉冲星总体上给了我们一个研究奇异物理的绝佳机会，而这个系统是一个很棒的实验室，为我们提供了具有广泛意义的宝贵信息。”“有一个简单的数字‘这颗中子星的质量’可以告诉我们物理和天文学的许多不同方面，这真是令人惊讶。”

这项研究在10月28日出版的《自然》杂志上有详细介绍。他们还将在《天体物理杂志快报》上详细介绍他们对中子星和自由夸克的计算。