新的研究确定了超高密度中子星的大小

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一颗直径22公里、质量比地球大50万倍的中子星在德国汉诺威周围形成了规模,这里是爱因斯坦研究所(Albert Einstein Institute)的所在地。图片:戈达德太空飞行中心

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一颗直径22公里、质量比地球大50万倍的中子星在德国汉诺威周围形成了规模,这里是爱因斯坦研究所(Albert Einstein Institute)的所在地。图片:戈达德太空飞行中心

一项基于多信使观测和亚原子相互作用物理学的新分析表明,一个质量是太阳1.4倍的典型中子星直径只有22公里(13.7英里),大约是伦敦白金汉宫和希思罗机场之间的距离。这项研究是由马克斯·普朗克引力物理研究所(爱因斯坦研究所,简称AEI)的研究人员领导的。

“中子星包含可观测宇宙中密度最大的物质,”德国汉诺威AEI研究员、《自然天文学》(Nature Astronomy)杂志一项研究的主要作者科林·卡帕诺(Collin Capano)说。“事实上,它们的密度和密度非常大,你可以把整个恒星想象成一个单一的原子核,按比例放大到一个城市的大小。”

德国汉诺威研究所的研究小组组长巴德里·克里希南在一份新闻稿中说:“我们发现,典型的中子星的质量大约是太阳的1.4倍,半径大约为11公里。我们的结果将半径限制在10.4到11.9公里之间。这比之前的结果更严格了两个因素。”

中子星是在超新星爆炸中死亡的大质量恒星的坍塌核心,这些残余物的质量不足以形成黑洞,它们代表着密度最大的物质,这种极端的、富含中子的物质是如何表现的尚不清楚,但类似于2017年观测到的一次被称为GW170817的合并,帮助天文学家更多地了解了它们的物理性质。

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数值相对论模拟显示了两颗中子星的合并过程。高密度区域显示为橙色,而低密度区域显示为蓝色。图片:T. Dietrich, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno(马普引力物理研究所)

研究人员使用了一个基于亚原子粒子如何在极端密度下相互作用的模型。对这些核反应的“第一性原理”描述预示了中子星的一系列可能的状态方程。

研究人员从LIGO和Virgo天文台的重力波观测和基于其他仪器的电磁观测的质量约束中选择了与GW170817相一致的家族成员。

“这有点让人难以置信,”卡帕诺说。“GW170817是由1.2亿年前两个城市大小的物体碰撞造成的,当时恐龙正在地球上行走。这发生在十万亿公里外的星系中。由此,我们深入了解了亚原子物理学。”

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