天体物理学陷入危机？ 不明飞行物的发现可能会改变一切

天文学家发现了一个无法分类的天体，或许揭示了一种处于已知物理学边缘的新型宇宙实体。

有时天文学家会在天空中遇到我们无法轻易解释的物体。 在我们的新研究中， 发表 在 科学，我们报告了这样的发现，这可能会引发争论和猜测。

中子星是宇宙中密度最大的物体之一。 它像原子核一样紧凑，但又像一座城市一样大，它超越了我们对终极物质理解的极限。 中子星越重，它最终坍缩成密度更大的物体的可能性就越大：黑洞。

艺术家对系统的渲染，假设巨大的伴星是黑洞。 最亮的背景恒星是它的轨道伴星，射电脉冲星 PSR J0514-4002E。 两颗恒星相距800万公里，每7天绕行一周。 图片来源：Daniel Futselaar (artsource.nl)

理解的边缘：中子星和黑洞

这些天体物理物体的密度如此之大，它们的引力如此之强，以至于它们的核心——无论它们是什么——都被事件视界永久地从宇宙中覆盖：事件视界是完全黑暗的表面，任何光都无法逃脱。

如果我们想了解中子星和黑洞之间临界点的物理现象，我们必须在这些边界处找到物体。 特别是，我们必须找到可以长时间精确测量的物体。 这正是我们所发现的——一个显然不是 A 的物体 中子星 也不是 黑洞。

哈勃太空望远镜拍摄的球状星团 NGC 1851 图像。 图片来源：NASA、ESA 和 G. 皮奥托（帕多瓦大学）； 处理器：Gladys Cooper（NASA/美国天主教大学）

NGC 1851 中的宇宙之舞

这是在深入星团时 NGC 1851 我们发现了一对恒星，这为我们了解宇宙中物质的极限提供了新的见解。 该系统由一毫秒 脉冲星它是一种快速旋转的中子星，在旋转时将射电射线扫过整个宇宙，它是一个性质未知的巨大隐藏物体。

这个巨大的物体是黑暗的，这意味着它在所有光频率下都是不可见的——从无线电到光带、X射线和伽马射线。 在其他情况下，这将导致研究变得不可能，但这就是毫秒脉冲星为我们提供帮助的地方。

毫秒脉冲星就像宇宙原子钟。 它们的旋转非常稳定，可以通过检测它们产生的规则无线电脉冲来精确测量。 尽管本质上是恒定的，但当脉冲星运动或其信号受到强引力场影响时，观测到的自旋会发生变化。 通过观察这些变化，我们可以测量脉冲星轨道上物体的特性。

该团队使用位于南非半沙漠卡鲁地区的灵敏射电望远镜MeerKAT。 图片来源：萨劳

与 MeerKAT 一起揭开谜团

我们使用了我们的国际天文学家团队 猫鼬射电望远镜 在南非进行此类观测的系统，简称NGC 1851E。

这使我们能够精确地详细描述两个物体的轨道，显示它们最接近的点随时间变化。 这些变化由 爱因斯坦的相对论 变化的速度告诉我们系统中物体的总质量。

我们的观测表明，NGC 1851E 系统的重量约为太阳的四倍，而暗伴星就像脉冲星一样，是一个致密天体，比普通恒星密度大得多。 最大质量的中子星的重量约为太阳质量的两倍，因此，如果这是一个双中子星系统（众所周知且经过充分研究的系统），它必须包含两颗迄今为止发现的最重的中子星。

为了揭示伴星的本质，我们需要了解质量在星际系统中的分布情况。 再次利用爱因斯坦的广义相对论，我们可以对系统进行详细建模，发现伴星的质量在太阳质量的 2.09 到 2.71 倍之间。

伴星的质量落在“黑洞质量间隙”内，该间隙位于最重的中子星（被认为质量约为 2.2 个太阳质量）和由恒星塌缩形成的最轻黑洞（质量为 2.2 个太阳质量）之间。约5个太阳质量。 这个间隙中物体的性质和组成是天体物理学中的一个突出问题。

潜在候选人

那么我们到底发现了什么？

射电脉冲星 NGC 1851E 及其奇怪伴星的可能形成历史。 图片来源：Thomas Torres（奥尔堡大学/MPIfR）

一个有吸引力的可能性是，我们发现了一颗脉冲星，围绕两颗中子星合并（碰撞）的残骸运行。 这种不寻常的结构是由于 NGC 1851 中恒星的密集堆积而成为可能的。

在这个拥挤的舞池上，明星们将围绕彼此旋转，在无尽的华尔兹中交换舞伴。 如果两颗中子星距离太近，它们的舞蹈就会以灾难性的方式结束。

它们碰撞产生的黑洞比坍缩恒星产生的黑洞要轻得多，它可以自由地在星团中徘徊，直到找到另一对华尔兹舞者，然后厚颜无耻地插入自己——赶走较轻的伙伴。 治疗中。 正是这种碰撞和交换的机制可能导致我们今天观察到的系统。

继续努力

我们还没有完成这个系统。 工作已经在进行中，以最终确定伴星的真实性质，并揭示我们是否发现了最轻的黑洞或最大的中子星——或者也许两者都没有。

在中子星和黑洞之间的边界，总是有可能存在新的、未知的天体物理物体。

这一发现肯定会引发很多猜测，但已经明确的是，这个系统在理解宇宙最极端环境中物质的真实变化方面具有巨大的前景。

写者：

• 伊万·D. Barr – 与马克斯·普朗克射电天文研究所 MeerKAT (TRAPUM) 合作的凌日星和脉冲星项目科学家
• Arunima Dutta – 马克斯·普朗克射电天文研究所射电天文学基础物理研究部博士生
• 本杰明·斯塔伯斯 (Benjamin Stubbers) – 曼彻斯特大学天体物理学教授

改编自最初发表于 对话。