新的神秘物体可能是有史以来最轻的黑洞

是我859

黑洞（左）和磁场从中子星表面爆发（右）的插图。（图片来源:美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心/S .维辛格、欧空局/盖亚/DPAC）

（）据美国太空网（罗伯特·李）：天文学家在银河系中发现了一个神秘物体，它比最重的中子星质量更大，但比最小的黑洞轻。

这个神秘的天体可以帮助科学家更好地确定中子星和黑洞之间的分界线，中子星和黑洞都是在大质量恒星死亡时诞生的。

研究小组组长、曼彻斯特大学天体物理学教授本·斯塔珀斯在一份声明中说:“无论哪种可能性都令人兴奋。”“脉冲星-黑洞系统将是测试引力理论的重要目标，而重中子星将为极高密度下的核物理提供新的见解。”

该天体是由位于南非北海角的64个天线组成的猫鼬射电望远镜发现的。致密的恒星残骸正在围绕一颗快速旋转的中子星或“毫秒脉冲星”运行，这颗中子星位于银河系中一个被称为“球状星团”的致密恒星丛中，距离我们约4万光年。

虽然拥有两颗中子星的系统将是迷人的，但如果神秘物体是黑洞，这将使该系统成为令人难以置信的令人垂涎的射电脉冲星-黑洞双星系统。由于脉冲星的高度周期性爆发（可以用作计时机制）和黑洞的强烈引力影响，这样一个系统对于测试爱因斯坦1915年的引力理论（即广义相对论）的极限至关重要。

这颗被称为PSR J0514-4002E的脉冲星是通过它扫过地球时发出的微弱无线电波脉冲被发现的。

随着中子星像宇宙灯塔一样以每秒170次的速度旋转，高度规则的脉冲中的细微变化使研究人员能够确定PSR J0514-4002E有一个密度惊人的轨道物体，这意味着它只能是一颗大质量坍缩恒星的残余。

研究小组发现，这颗脉冲星和这个神秘物体相距500万英里（800万公里），约为地球和太阳之间距离的0.05倍，每七个地球日相互绕对方一周。

该轨道物体的质量比任何已知的中子星都大，但比任何已知的黑洞都小，正好落在黑洞质量间隙中。

黑洞和中子星:发现差异

中子星和黑洞都是在大质量恒星达到核聚变燃料的极限时诞生的，它们无法再支撑自己抵抗自身重力的向内压力。当这颗垂死恒星的外层在超新星爆发中被炸飞时，恒星的核心坍塌。

在质量尺度的低端，恒星核心的坍缩因现在组成它的中子海的量子特性而停止，它成为一颗中子星，一颗恒星残骸，其质量是太阳质量的1至2倍，相当于地球上一座城市的宽度，约12英里（20公里）。

然而，超过一定质量时，保持中子分离的量子压力就会被克服，核心就会完全坍塌并成为黑洞。如果中子星有一颗伴星可以窃取物质以增加自身质量，那么中子星也可以超过这个极限并坍缩成黑洞。

天文学家认为，如果一个恒星核心在失去外层和绝大多数质量后，其质量仍高于太阳质量的2.2倍，那么它就足以诞生一个黑洞。

问题是我们见过的最轻的黑洞的质量仍然是太阳的5倍左右。5个太阳质量和2.2个太阳质量之间的黑洞的缺失被称为“黑洞质量差距”，它对中子星的2.2个太阳质量极限提出了质疑。



假设其中的物体是一个黑洞的系统示意图（图片来源:danille Futselaar）

关闭黑洞质量间隙

Stappers和他的同事们在使用MeerKat研究位于南天鹅座的球状星团NGC 1851时发现了这个可能是解开这个谜团和缩小质量差距的关键物体。

这个古老星团中的恒星比银河系其他地方的恒星结合得更紧密。NGC 1851中的恒星非常拥挤，它们相互作用，扰乱彼此的轨道，甚至在极端情况下发生碰撞。

该团队认为两颗中子星之间的这种碰撞可能产生了他们探测到的围绕脉冲星PSR J0514-4002E运行的神秘物体。

该团队还无法确定PSR J0514-4002E的伴星是中子星、黑洞还是迄今未知的致密宇宙物体，但他们知道这个系统可能会成为一个独特的宇宙实验室，研究极端条件下的物质和物理行为。

“我们还没有完成这个系统，”杜塔总结道。“揭开伴星的真实性质将是我们了解中子星、黑洞以及黑洞质量间隙中可能潜藏的任何其他东西的转折点。”

该团队的研究于周四（1月18日）发表在《科学》杂志上。