黑洞？中子星？

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原作：MICHELLE STARR

翻译：刘海牧

校对：王茸

审阅：牧夫校对组

美编：毫秒

后台：胡永葳

原文链接：https://www.sciencealert.com/mystery-object-in-space-could-be-the-lightest-black-hole-ever-found

黑洞的艺术视觉渲染图

在银河系的外围有个奇怪的东西。

在银河系外围的一个星团中，天文学家发现了一个体积非常小但密度非常大的东西，它正与一颗毫秒脉冲星跳着轨道舞。天文学家们认为，这个神秘物体只有两种可能——中子星或黑洞——无论哪一种，这都会是一个令人兴奋的发现。

如果它是一颗中子星，它可能是我们所见过的中子星中最重的。如果它是黑洞，那它就是黑洞中最轻的。

它的质量相当于2.09至2.71个太阳，位于被称为“低质量间隙”的紧凑天体沙漠的下端——很少有2.2至5倍太阳质量的天体（中子星或黑洞）被探测到，因此这个质量范围被称为“天体沙漠”。

展示神秘双星轨道的模拟动画

曼彻斯特大学的天体物理学家本-斯塔珀斯说：“无论这个天体是何种性质（中子星或黑洞）都令人兴奋。脉冲星-黑洞系统将成为检验引力理论的重要目标，而重型中子星将为高密度下的核物理提供新的见解。”

中子星和黑洞的关系非常密切。它们都是大质量恒星死亡时内核引力坍缩形成的超密集天体。

中子星和黑洞区别在于质量。中子星的质量可以达到太阳的 2.3 倍。防止它完全坍缩的是一种叫做 "退化压力 "的东西，即具有相似量子性质的多个粒子不能占据相同的状态，包括一个物理空间。

中子星内部的粒子挤得密不透风，其类似于一个大原子核。

然而，如果增加质量，即使是退化压力也无法阻止进一步的坍缩。因此，至少从理论上讲，质量更大的中子星应该完全坍缩成黑洞。

然而，尽管中子星的质量上限约为 2.3 个太阳，却很少有低于 5 个太阳质量的黑洞被探测到。这两个数字之间未被观测到的测量值就是质量下限差距。

在马克斯-普朗克射电天文学研究所的天体物理学家伊万-巴尔和阿鲁尼玛-杜塔的带领下，一个国际研究小组通过研究一颗名为PSR J0514-4002E的奇特毫秒脉冲星发现了这个天体，它位于一个名为NGC 1851的星团中，距离银河系中心约54000光年。

位于南非的MEERKat阵列收集的无线电数据显示，在脉冲星7.44天的轨道上存在一个未曾见过的伴星，研究人员想知道这个天体是什么。

毫秒脉冲星是旋转速度极快的中子星。当它们旋转时，会以精确的时间间隔发射无线电波。PSR J0514-4002E每秒旋转170次，发出的脉冲声就像静电声。由于它的时间非常精确，天文学家可以在脉冲中寻找微小的变化，并利用这些信息来计算脉冲星的特征，以及它和任何双星伴星的距离。

巴尔表示，“想想看，这就像把一个几乎完美的秒表投放到近4万光年外的恒星轨道上，然后以微秒级的精度对其轨道进行计时。”

脉冲星及其伴星可能的形成路线示意图

利用这些脉冲星定时数据，研究人员能够计算出 PSR J0514-4002E 的距离、脉冲星的质量以及整个系统的质量。减去脉冲星的质量，他们就能确定神秘天体的质量。

这个天体太暗了，不可能是一颗主序星，而且质量太大，也不可能是一颗白矮星（这是一种比中子星更轻的紧凑天体，在死星尺度上）。这就只剩下两种可能：中子星或黑洞。

目前还无法确定它究竟是哪一种天体，但研究人员认为，它是两颗中子星合并的产物。几年前，利用引力波探测到的一次类似碰撞，产生了一个2.6倍太阳质量的天体。而这个天体的质量上限为2.76个太阳质量，有可能是一颗更大的中子星，如果这两者事实上都不是黑洞的话。

既然已经找到了它，研究人员决心揭开它的身份。

杜塔表示，“我们对这个系统的研究还没有结束，揭开伴星的真实面目将是我们了解中子星、黑洞以及质量间隙中可能潜藏的其他东西的一个转折点"。

这个发现被发表在《科学》杂志上。

责任编辑：杨伯顺

牧夫新媒体编辑部

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图为NGC1851星系

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