“金蝉脱壳”中子星有直径和质量的界限

德国歌德大学的研究人员开发了一种物理模型，以此重新测算了中子星的尺寸，他们将引力波的观测数据输入了模型，经过约束性数据的计算，研究人员确立了中子星尺寸的上限，精确性超过了过去的计算。中子星是极为致密的宇宙天体，相当于太阳的质量，尺寸相当于一个世界主要城市的大小。天体物理学家对一个问题感到了困惑，中子星形状或者好像条带状的洛杉矶，或者好像紧凑的旧金山，中子星精确性的外形仍在科学家的认识能力之外。

歌德大学的研究人员应用了对两个中子星合并事件进行测量的引力波数据，中子星被天文学家定名为GW170817。中子星质量被压缩在极小的体积内，当一个天体的密度超过了中子星的密度时，它将会进一步塌缩为宇宙的“王者”——黑洞，研究人员以中子星的“临界质量”限定了中子星的尺寸。

德国法兰克福歌德大学的理论物理研究所的研究人员在《物理学评论通讯》发表了有关中子星的研究成果，通过模型和代入参数的计算方法，他们确定了中子星的尺寸为12公里到13.5公里或为7.4英里到8.4英里。有两种不同的解决方案，在中子星尺寸的计算中出现了不同的结果。极为致密的中子星如何产生相变？研究人员对这一机制了解得不够清楚，可能会出现超致密性的中子星，它们的尺寸将会变得更小。

中子星也被称为脉冲星，它们是老年恒星毁灭之后的遗骸，恒星在生命周期的最后阶段发生了剧烈的爆发，在死亡恒星的中心留下了体积狭小的中子星。质量相当于太阳10到30倍的恒星最终转变为中子星，科学家之前一直认为，中子星的直径大约为20公里，在极小的体积中“塞进”一颗大于太阳质量的天体，它的物质密度大得十分惊人。

西班牙加泰罗尼亚技术大学(UPC)和 加拉利群岛天体物理研究所 (IAC) 的科研人员开展了联合攻关，他们精确地测量了一颗迄今为止被认为是一颗最大质量的中子星，它被天文学家标记为 PSR J2215+5135，相当于太阳质量的2.3，2011年，天文学家发现了这颗质量创造了“吉尼斯纪录”的中子星。到目前为止，天文学家一共发现了2000多颗中子星，2011年，天文学家发现了一颗相当于太阳质量2.4倍的中子星，2010年和2013年，天文学家发现了一颗相当于太阳质量2倍的中子星。

联合天文团队使用了加拉利亚斯大望远镜 (GTC)的观测数据，它是目前世界上最大的光学和红外线望远镜之一，使用了威廉·赫歇尔望远镜 (WHT)和伊萨克·牛顿望远镜组 (ING) 以及 IAC-80望远镜的观测数据应用了双星系动力学的物理模型，他们在《天体物理学》杂志上发表了 对中子星PSR J2215+5135质量的计算结果。

中子星PSR J2215+5135只是双星系中的一颗，这颗中子星和它的伴恒星一起绕着双星系的质量中心转动，伴随的恒星受到了主中子星的强烈辐射。主中子星的质量越大，伴随恒星在轨的转速越快。联合天文团队应用氢原子和镁原子的光谱线对伴恒星的转动速度进行了测量，他们第一次检测了伴恒星的“双面速度”，伴恒星的一面受到中子星的辐射，伴恒星的另一面形成了阴蔽面，他们通过伴恒星的转速计算了中子星的质量，它的质量相当于太阳质量的2倍以上。

联合团队确立了在紧凑双星系中测量中子星质量的方法，超过了过去的测算精确。联合天文团队团队采用的计算方法适用于其它双中子星系。过去的10年，费米—LAT和美航局的伽马射线望远镜已发现了数十个与 PSR J2215+5135相似的脉冲星，计算方法原则上也适用于对黑洞和白矮星质量的测算。黑洞、白矮星和中子星都是大质量的死亡恒星留下的遗物，它们同样有双星系的存在方式。大于太阳质量30倍的死亡恒星将会形成黑洞，小于太阳质量10倍的死亡恒星将会形成白矮星。

确定中子星的质量对天体物理学的意义非常小可，对天体物理学和对原子核物理学的研究价值相当。中子和质子构成原子核，原子核和电子组成了原子。质子和中子或核子的相互作用发生在中子星非常高的物质密度之中，这成了今日物理学最大的神秘性之一。中子星是一个极好的天体实验对象，科学家通过中子星研究了超出人们想象的极为致密和奇异的物质形态。联合天文团队的研究成果支持了一个观点：如何抵御2.3倍太阳质量的中子星产生的强大引力？组成中子星的物质粒子同样产生了相应的斥力，中子星内部的引力和斥力保持了平衡，这似乎说明科学家在中子星的中心区域发现自由态夸克和其它奇异粒子的可能性极小。

（编译：2018-6-27）