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中子星|诞生于巨大恒星死亡之时的“中子星”到底有多大？

中子星|诞生于巨大恒星死亡之时的“中子星”到底有多大？
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新浪科技讯 北京时间10月15日消息 ， 据国外媒体报道 ， 中子星大概是宇宙中最奇特的天体之一 。 它们诞生于巨大恒星死亡之时 ， 既拥有极强的引力 ， 又有着极高的温度和密度 ， 远远超过我们在实验室中创造出的任何物质 。
尽管我们认识中子星已有大半个世纪了 ， 但天体物理学家仍不清楚它们究竟有多大 。 中子星存在两个未解之谜：其中央究竟是什么？它们的体积可以增长到多大？
我们知道 ， 中子星的体积相对来说比较小 。 据研究人员估测 ， 一颗质量约为太阳1.4倍的中子星的半径介于8至16公里之间 。 而相比之下 ， 太阳的半径约为69.6万公里 。
用我们的望远镜看去 ， 就连普通的恒星也太过渺小、不过是个光点而已 。 因此 ， 想直接测量中子星的体积是不可能的 。
不过 ， 天体物理学家非常擅长开展间接测量 。 在当前研究中 ， 他们将多种电磁观测（以光为基础）手段、以及实验室分析和理论模型结合在一起 。 虽然测算出的半径范围较大（就好像说人类的身高介于1.2米至2.4米之间一样） ， 但对中子星结构的所有测算结果和理论推测都落在了这一范围之内 。
但天体物理学家还能更进一步吗？答案也许是肯定的 ， 因为现在有了更多研究工具作为助力：比如引力波天文台LIGO和Virgo、以及中子星内部成分探测器（NICER） 。 其中 ， NICER是一台位于国际空间站上的X射线观测仪 ， 专用于研究中子星的结构 。
“我们将引力波观测和电磁波观测结合在了一起 ， 运用了多种差别巨大的技术 。 ”阿姆斯特丹大学中子星天体物理学家、NICER项目的参与者安娜·沃茨（Anna Watts） ， “这是一个非常有意思的领域 。 ”
中子星的“心态”
中子星|诞生于巨大恒星死亡之时的“中子星”到底有多大？
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在今年年初发表的一项研究中 ， 研究人员将针对相撞的双中子星系统GW170817（最早于GW170817观测到）进行的引力波观测和电磁波观测及核物理技术进行了整合 。 该研究发现 ， 一颗质量相当于太阳1.4倍的中子星的半径介于10.4至11.9公里之间 。 与之前的估算结果相比 ， 这已经是个很大的改进了 。
GW170817发出的电磁辐射来自一颗“千新星” ， 即中子星合并时核反应产生的高能光线 。 天文学家利用望远镜 ， 在从伽马射线到射电光线的各个电磁谱段上对千新星展开了分析 。 每一次观测都为我们提供了关于GW170817的不同方面的信息 。
“两颗中子星合并时 ， 在合并之前会喷发出大量物质 ， 这与它们相撞后会形成什么天体有关 。 ”马克斯·普拉克引力物理研究所天体物理学家斯蒂芬妮·M·布朗（Stephanie M 。Brown）指出 。 根据喷射出的物质释放出的光线、引力波特征、以及核物理计算结果 ， 布朗和合作研究者们计算出的半径与其它独立测算结果均一致 。
由于中子星太过复杂 ， 我们必须掌握大量数据才行 。 根据目前对中子星的了解 ， 当一颗大型恒星变成超新星时 ， 其内核会在引力作用下发生坍缩 ， 其中的物质被急剧压缩 ， 直到原子核被压成一堆核粒子的混合物 。 这些粒子主要是中子 ， 不过也可能有质子、甚至夸克 。
“中子星可能有多种不同的组成 ， 不同的粒子间作用力 ， 你可以针对这些提出各式各样的有趣理论 。 ”沃茨指出 ， “你可以对不同的中子星采用多种观测方法、运用多种不同的观测技术 ， 对这些理论进行交叉验证 。 ”
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中子星内部的密度和压力会随着深度不断增加 ， 由此可以划分为两个或更多分区 ， 类似于地球的地幔和熔融内核 。 对内部状态的数学描述叫做“状态方程” ， 它将质量与半径联系在了一起 ， 可以确定中子星的最大质量是多少 。


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