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新发现!迷你黑洞,还是巨型中子星?

发表时间:2020-06-29 07:01:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【

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原作者:Brian Koberlein

翻译:张宇辰

校对: 王婧彧 王茸 张砚斌 杨伯顺

审阅:牧夫校对组

后台:库特莉亚夫卡 李子琦


黑洞是引力坍缩的极限。如果把足够大的质量压缩到足够小的体积,那么它自身的重量就会把质量挤压到湮没这个地步。剩下的只是一个扭曲的空间,它可以捕获任何离它太近的东西,甚至连光都无法逃脱。

理论上来说,不存在所谓的“需要的最小质量”。如果你能把一大块物质挤压得足够小,它最终会达到坍缩点。但实际情况并非如此简单。当你挤压物质时,物质会往回推。物质的推动和重力的拉动之间形成平衡,使行星和较小的恒星处于流体静力平衡状态。像我们的太阳这样的恒星太小了,不能变成黑洞,它最终会变成白矮星。


两颗中子星碰撞的艺术概念图

Credit:Robin Dienel/The Carnegie Institution for Science


然而,流体静力平衡也有它的极限。总有那么一个临界点,物质再也抵抗不住重力,这个极限值大约比2倍太阳质量还要大一点。恒星核心物质的核聚变可以在一段时间内阻止较大的恒星坍缩,但当聚变停止时,一场物质和引力之间的流体静力战就打响了。任何小于1.4倍太阳质量的恒星都会坍缩成白矮星,任何大一些的恒星都会坍缩成中子星,其上界是中子星的托尔曼-奥本海默-沃尔科夫(TOV)极限。如果超过这个值,恒星就会坍缩成黑洞。

最精确的TOV极限计算表明,中子星的最大质量约为2.16倍太阳质量。目前已知的质量最大的中子星有2.14倍太阳质量。2017年,LIGO观测到了两颗中子星的合并,天文学家据此确定的极限约为2.2倍太阳质量。另一方面,被观测到的最小黑洞的质量约为太阳质量的3.7倍,尽管有人估计它的质量接近5倍。在这两者之间存在着天文学家所说的质量间隙。在这个间隙的某个地方就是中子星和黑洞之间的临界边缘。


在2019年与黑洞合并的东西到底是什么? 中子星还是黑洞? 

Credit:LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)


                          
现在,LIGO发现了一个恰好处于这个边缘值的天体。2019年8月,他们观察到了一个23倍太阳质量的黑洞与一个2.6倍太阳质量的天体合并时产生的引力波。这样的质量,它要么是被发现的最小的黑洞,要么是最大的中子星。如果它是一颗中子星,那么我们关于中子星的传统模型肯定存在某些错误。它可能是一种叫做“夸克星”的更奇特的天体。(夸克星是由奇夸克物质组成,是一种假设的星体。)

不幸的是,虽然我们很好地估测了这个天体的质量,但是却没有办法知道它的性质。理论上,黑洞与中子星或夸克星的合并除了产生引力波外,还会产生X射线爆发。但是这次合并太遥远了,很难探测到光信号,我们也并没有收到相应的光信号。

不过,我们现在知道有些物体非常接近黑洞极限。随着更多的观测,我们很快就会了解这个极限到底是多少。


                                                                 

参考文献: 

https://www.universetoday.com/146683/astronomers-just-detected-either-the-least-massive-black-hole-or-a-strange-and-massive-neutron-star/

Cho, Adrian. “A weight limit emerges for neutron stars.” Science (2018): 724-725.

Abbott, R., et al. “GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object.” The Astrophysical Journal Letters 896.2 (2020): L44.


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版面编排:琇    茹

责任编辑:杨伯顺

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