科学家测算出中子星质量的上限:2.2倍太阳质量

恒星在生命末期的时候,因为其核心的核聚变元素消耗殆尽,所以其也就会在爆炸中结束自己的生命。而根据恒星质量的不同,最终恒星的核心残骸可能会变成白矮星中子星或者是黑洞

黑洞与中子星有其理论形成的分界,但因为此时物质处于极端高能的状态,中子星的质量上限一直是科学家讨论的议题。一般认为,对于不旋转的中子星,它的质量上限约为太阳质量的2到3倍,但准确值取决于中子星内部物质的未知型态。

最大的中子星
最大的中子星

再好的理论都需要观测来佐证。近年科学家尝试用引力波观测来研究中子星的质量上限,特别是这两个事件,

GW170817:两个质量在1.1到1.6倍太阳质量范围内的中子星,合并形成一个更大的天体,并认为合并后不久该天体马上坍塌形成黑洞。这个事件的引力波和电磁辐射观测表明,中子星的质量上限小于2.3倍太阳质量。

GW170817
GW170817

GW190814:一个超过20倍太阳质量的黑洞与一个2.5到2.7倍太阳质量的天体合并。科学家不知道较小的天体是黑洞还是中子星。如果它是不旋转的中子星,意味着中子星质量的上限高于2.5倍太阳质量。

因此德国物理学家Antonios Nathanail领导的团队,在最近分析了这些合并事件对中子星质量极限描述的差异。

Nathanail及其合作者使用"基因演算法"进行分析,来确定哪些质量极限的模型与GW170817和GW190814的引力波和电磁辐射观测、数值模拟的合并事件相一致。

研究发现,如果中子星质量极限定在2.5倍太阳质量,则与GW170817的观测结果或数值模拟的事件不符。但如果质量极限定在2.2倍太阳质量,则能匹配GW170817的观测结果与数值模拟的事件。

基因演算法(蓝)与GW170817(紫)的机率密度函数。在质量上限定为2.2倍太阳质量时与观测结果有可信的匹配。
基因演算法(蓝)与GW170817(紫)的机率密度函数。在质量上限定为2.2倍太阳质量时与观测结果有可信的匹配。

也就是说,根据研究人员的分析,GW190814很可能就是两个质量不同的黑洞合并,也再次定调中子星(无自转)的质量上限约为2.2倍太阳质量。

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