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大象公会中子星物理的黄金时代已经到来( 三 )


【大象公会中子星物理的黄金时代已经到来】这些结果还不是定论：它们能同时被用来支持常规或是超常的对中子星内部情况的预测 。 “目前为止 ， 还没有必要引入任何时新的 ， 疯狂的抑或是古怪的猜想 。 ”田纳西大学的核天体物理学家AndrewSteiner说 。
关于热点区形状和位置的新发现给了研究者们更大的意外 。 至于中子星的磁场 ， 正统观点认为它们的磁力线就和条状磁铁周围的看起来差不多——磁北极和磁南极从星体对侧的圆形区域产生 。 与此相对 ， 荷兰的超算模拟提示J0030的两个热点区都位于它的南半球 ， 并且其中一个是长长的弯月形[1] 。 马里兰团队也得到了一种有三个热点的可能解：两个在南半球的卵形热点和一个靠近自旋南极的圆形热点[3] 。
“看起来他们可能首次完成了对发射光束并非180度对立的脉冲星的真实观测 。 ”图卢兹天体物理与行星学研究所的天体物理学家NatalieWebb说 ， 她曾为类似的可能性做过模拟 ， “如果这的确属实 ， 那就太棒了 。 ”
这些结果会强化过去那些宣称中子星磁场（强度为太阳磁场的一万亿倍）比一般设想更加复杂的观测和理论 。 一般认为 ， 脉冲星会在它们形成后的几百万年间慢慢地降低转速 。 然而 ， 如果它们有一颗环绕旋转的伴星 ， 就可能从伴星那里“偷取”物质和角动量 ， 从而使自身以超快的速度自转 。
一些理论学者提出 ， 当这些物质沉积在脉冲星的表面时 ， 会对浅层的类流体中子层产生影响 ， 从而产生巨大的涡流 。 这些涡流会把中子星的磁场扭曲成奇怪的布局 。 最终 ， 这颗伴星可能会被完全吸收 ， 或是损失了太多质量以至于无法继续被引力束缚而飞离而去 。 目前孤单的J0030可能就是这种情况 。
工作进行时
NICER正在继续观测J0030 ， 以进一步提高对其半径测量的精确度 。 与此同时 ， NICER团队正准备开始分析来自第二个目标的数据 。 这是一颗略重一些 ， 并带有一颗白矮星伴星的脉冲星 。 其他天文学家曾使用这对双星的轨道变动观测结果 ， 来计算这颗脉冲星的半径 ， 因此 ， NICER团队可以利用过去的独立测量结果来验证他们的发现 。
大象公会中子星物理的黄金时代已经到来
文章图片
利用56台镀金望远镜来收集X射线的NICER探测器被安装在国际空间站的外侧 。 来源：NASA
研究团队计划在NICER的目标中涵盖至少一对高质量脉冲星 ， 包括目前的中子星最大质量记录持有者——一颗达到2.14倍太阳质量的庞然巨物 。 这使得研究者们可以探究中子星由于质量过大从而塌缩为黑洞的一个上限 。 解释这颗2.14倍于太阳质量的天体 ， 对理论学家来说就已经是个挑战了 。 还有几位研究者提议说NICER或许可以寻找两颗质量相同但半径不同的中子星 。 这样的发现能说明过渡点的存在 ， 在这一状态下 ， 微小的差异就能产生两种完全不同的星核 。 比如说 ， 一颗中子星核可能主要包含中子 ， 而另一颗则可能由更加奇异的物质构成 。
虽然NICER处于先锋地位 ， 但它并不是唯一一台探索脉冲星内涵的设备 。 2017年 ， 美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）以及意大利的室女座干涉仪（Virgo）探测到了两颗中子星碰撞并合的信号[4] 。 这两个天体在碰撞前互相绕对方旋转时 ， 会发射引力波信号 ， 其中包含了它们的大小和结构信息 。 两颗中子星的巨大引力都会互相对对方产生拖动和变形效应 ， 最终将两者都由球体扭曲为泪滴形 。 在并合前最终时刻发生的变形程度 ， 可以给物理学家们提供一些关于中子星内部物质可塑程度的线索 。
去年四月 ， LIGO在路易斯安娜的设施第二次捕捉到了中子星碰撞的信号 ， 更多的碰撞事件可能随时被观测到 。 到目前为止 ， 这两次并合事件只提供了一些关于中子星内部性质的线索 ， 显示这些内容物并不是特别具有可塑性 。 然而 ， 现有的这一批设备还无法观测到关键的并合前的最后时刻 。 在这一时刻 ， 扭曲的效应最强 ， 也能最清晰地展示出中子星内部的状态 。


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