天体物理学中至关重要的线索到悬而未决的谜团-包括宇宙的膨胀-来自碰撞中子星

由东英吉利大学领导的国际团队在如何理解死星碰撞和宇宙膨胀方面取得了重要突破。他们发现了一个不寻常的脉冲星，这是深太空中被磁化的旋转中子星“灯塔”之一，它从磁极发出高度集中的无线电波。新发现的脉冲星（称为PSR J1913 + 1102）是双星系统的一部分-这意味着它已与另一个中子星锁定在一个非常紧密的轨道上。中子星是超新星的恒星残骸。它们由已知的最稠密的物质组成，将数十万倍的地球质量堆积到一个城市大小的球体中。在大约十亿年中，这两个中子星将发生碰撞，以引力波和光的形式释放出惊人数量的能量。但是新发现的脉冲星是不寻常的，因为它的两个中子星的质量是完全不同的-一个比另一个大得多。这种不对称的系统使科学家相信，双中子星合并将提供有关天体物理学中未解之谜的重要线索-包括更准确地确定宇宙的膨胀率，即哈勃常数。这一发现发表在《自然》杂志上，是使用波多黎各的Arecibo射电望远镜完成的。

由东英吉利大学领导的国际团队在如何理解死星碰撞和宇宙膨胀方面取得了重要突破。

他们发现了一个不寻常的脉冲星，这是深太空中被磁化的旋转中子星“灯塔”之一，它从磁极发出高度集中的无线电波。

新发现的脉冲星（称为PSR J1913 + 1102）是双星系统的一部分-这意味着它与另一个中子星一起被锁定在一个非常紧密的轨道上。

“这一事件在时空的结构中引起了引力波的波动，正如一个世纪前阿尔伯特·爱因斯坦所预测的那样。”

中子星是超新星的恒星残骸。它们由已知的最稠密的物质组成，将数十万倍的地球质量堆积到一个城市大小的球体中。

在大约十亿年中，这两个中子星将发生碰撞，以引力波和光的形式释放出惊人数量的能量。

但是新发现的脉冲星是不寻常的，因为它的两个中子星的质量是完全不同的-一个比另一个大得多。

这种不对称的系统使科学家相信，双中子星合并将提供有关天体物理学中未解之谜的重要线索，包括更准确地确定宇宙的膨胀率，即哈勃常数。

该发现今天（2020年7月8日）发表在《自然》杂志上，是使用波多黎各的Arecibo射电望远镜完成的。

UEA物理学院的首席研究员Robert Ferdman博士说：“早在2017年，激光干涉仪重力波天文台（LIGO）的科学家首先发现了两个中子星的合并。正如爱因斯坦一个多世纪前所预言的那样，这一事件在时空的结构中引起了引力波的波动。”

被称为GW170817的这一壮观事件也在世界各地的天文台用传统望远镜观测到，它们确定了它在距我们银河系1.3亿光年的遥远星系中的位置。

费德曼博士说：“它证实了短伽玛射线爆发的现象是由于两个中子星的合并。现在，这些工厂被认为是生产宇宙中最重的元素（例如黄金）的工厂。”

当两个中子星合并时，在几分之一秒内释放的功率是巨大的—估计是宇宙中所有星的总和的数十倍。

“这件事仍然是一个大谜团，它是如此之密，以至于科学家们仍然不知道它到底是由什么制成的。这些密度远远超出了我们在地球实验室中可以复制的密度。”

因此，GW170817事件不足为奇。但是合并带来的大量物质及其光辉是一个意想不到的谜。

费德曼博士说：“关于这一事件的大多数理论认为，锁定在双星系统中的中子星在质量上非常相似。

“我们的新发现改变了这些假设。我们发现了一个包含两个质量非常不同的中子星的双星系统。

“这些恒星将在大约4.7亿年的时间内碰撞并合并，这似乎是很长的时间，但这只是宇宙年龄的一小部分。

“由于一颗中子星明显更大，其引力影响将扭曲其伴星的形状-在它们真正合并之前剥离大量物质，并有可能彻底破坏它。

“这种“潮汐破坏”喷出的热物质比等质量的二元系统所预期的要多，从而产生了更强大的排放物。

“尽管GW170817可以用其他理论来解释，但我们可以证实，与PSR J1913 + 1102系统类似，质量明显不同的中子星母系统是一个非常合理的解释。

“也许更重要的是，这项发现突出表明，其中存在着更多的系统-组成了十分之二的合并中子星双星双星。”

来自德国波恩的马克斯·普朗克射电天文学研究所的合著者Paulo Freire博士说：“这样的破坏将使天体物理学家获得有关构成这些极端密集物体内部的奇异物质的重要新线索。”

“这件事仍然是一个大谜团，它是如此之密，以至于科学家们仍然不知道它到底是由什么制成的。这些密度远远超出了我们在地球实验室中可以复制的密度。”

较轻的中子星的破裂还将增强合并产生的物质的亮度。这意味着，与诸如美国的LIGO和欧洲的处女座探测器之类的重力波探测器一起，科学家们也将能够使用常规望远镜对其进行观测。

费德曼博士说：令人兴奋的是，这还可能允许对哈勃常数（宇宙膨胀的速率）进行完全独立的测量。目前，这两种主要方法彼此冲突，因此，这是打破僵局并更详细地了解宇宙如何演变的一种关键方法。

###

参考：RD Ferdman，PCC Freire，BBP Perera，N.Pol，F.Camilo，S.Chatterjee，JM Cordes，F.Crawford，JWT Hessels，VM Kaspi，MA McLaughlin撰写的“明亮双中子星合并的不对称质量比” E.父母，《 IH楼梯》和J.van Leeuwen，2020年7月8日，自然.DOI：
10.1038 / s41586-020-2439-x

这项研究是由UEA与波恩的马克斯·普朗克射电天文研究所，波多黎各的阿雷西博天文台，哥伦比亚大学，康奈尔大学，富兰克林和马歇尔学院，阿姆斯特丹大学，麦吉尔大学，西弗吉尼亚大学的科学家合作进行的，不列颠哥伦比亚大学，南非射电天文台和荷兰射电天文研究所（ASTRON）。

2020年7月8日，《自然》杂志发表了“明亮的中子星合并的不对称质量比”。