最轻的黑洞还是最重的中子星？MeerKAT发现银河系中的一个神秘物体

降法讲顾

一位艺术家对假设大质量伴星是黑洞的系统的印象。最亮的背景星是它的轨道伙伴，射电脉冲星PSR J0514-4002E。这两颗恒星相距800万公里，每7天相互环绕一周。鸣谢:丹尼尔·富塞拉尔

（）据曼彻斯特大学：一个国际天文学家小组在银河系中发现了一个新的未知物体，它比已知最重的中子星重，但同时比已知最轻的黑洞轻。

使用MeerKAT射电望远镜，来自曼彻斯特大学和德国马克斯·普朗克射电天文学研究所等多家机构的天文学家在一颗快速旋转的毫秒脉冲星周围的轨道上发现了一个物体，这颗脉冲星位于一个称为球状星团的致密恒星群中，距离我们约4万光年。

利用毫秒脉冲星发出的类似时钟的滴答声，他们证明了这个大质量物体位于所谓的黑洞质量间隙中。

这可能是人们梦寐以求的射电脉冲星——黑洞双星的首次发现；这对恒星组合可能会对爱因斯坦的广义相对论进行新的测试，并为黑洞研究打开大门。

研究结果发表在《科学》杂志上。

英国项目负责人、曼彻斯特大学天体物理学教授本·斯塔珀斯说:“这两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，而重中子星将在极高密度下提供新的核物理见解。”

当中子星——死亡恒星的超高密度残余——获得太多质量时，通常是通过消耗或与另一颗恒星碰撞，它将崩溃。它们坍塌后会变成什么是许多猜测的原因，但人们认为它们可能会成为黑洞——引力如此强大以至于连光都无法逃离它们的物体。

天文学家认为，中子星坍缩所需的总质量是太阳质量的2.2倍。由观测支持的理论告诉我们，由这些恒星产生的最轻的黑洞要大得多，大约是太阳的五倍，这就产生了所谓的“黑洞质量差距”。

在这个质量间隙中的致密天体的性质是未知的，迄今为止详细的研究证明是具有挑战性的。该物体的发现可能有助于最终了解这些物体。

斯塔珀斯教授补充说，“极其灵敏的猫鼬望远镜揭示和研究这些物体的能力向前迈出了一大步，并为我们提供了一瞥平方公里阵列的可能性。”

该天体是在使用狐獴望远镜观察位于南天鹅座的一个名为NGC 1851的大星团时发现的。

球状星团NGC 1851是一个古老恒星的密集集合体，比银河系其他地方的恒星密集得多。这里非常拥挤，恒星之间会相互作用，扰乱轨道，在最极端的情况下还会发生碰撞。

这些天文学家是国际瞬变和脉冲星与猫鼬（TRAPUM）合作的一部分，他们认为正是两颗中子星之间的这种碰撞被认为创造了现在围绕射电脉冲星运行的巨大天体。

该团队能够探测到其中一颗恒星发出的微弱脉冲，确定它是射电脉冲星——一种快速旋转的中子星，像宇宙灯塔一样向宇宙发射无线电光束。



射电脉冲星NGC 1851E及其奇异伴星的潜在形成历史来源：托马斯·陶里斯（奥尔堡大学/MPIfR）

脉冲星每秒钟旋转170多次，每次旋转都会产生有节奏的脉冲，就像时钟的滴答声一样。这些脉冲的滴答声非常有规律，通过使用一种称为脉冲星计时的技术观察滴答声的时间变化，他们能够对其轨道运动进行极其精确的测量。

马克斯·普朗克射电天文学研究所的伊万·巴尔（Ewan Barr）与他的同事阿鲁尼玛·杜塔（Arunima Dutta）共同领导了这项研究，他解释说:“想象一下，如果能够将一个几乎完美的秒表放入近4万光年外的恒星轨道，然后能够以微秒的精度对这些轨道进行计时。”

定期计时还允许对系统位置进行非常精确的测量，表明与脉冲星一起在轨道上运行的物体不是普通的恒星，而是一颗坍缩恒星的极其密集的残余物。观测还表明，伴星的质量大于任何已知的中子星，但小于任何已知的黑洞，正好处于黑洞质量间隙中。

虽然该团队无法确定他们是否发现了已知最大质量的中子星、已知最轻的黑洞甚至一些新的奇异恒星变体，但可以肯定的是，他们发现了一个独特的实验室，可以在宇宙中最极端的条件下探索物质的特性。

阿鲁尼玛·杜塔总结道:“我们还没有完成这个系统。

“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。”