新发现的天体挑战恒星生成黑洞最小质量的极限

新发现的神秘天体可能是有史以来最轻的黑洞

“揭示这个伴星的真正性质将是我们理解中子星、黑洞以及可能潜伏在黑洞质量间隙差距中任何其他东西的一个转折点。”

黑洞（左）和中子星表面爆发磁场（右）的插图（图源：宇航局戈达德太空飞行中心威辛格，航天局/盖亚/DPAC）

天文学家发现了位于银河系的一个神秘天体，其质量远大于最重的中子星，但比最小的黑洞还轻。

这个神秘天体可以帮助科学家更好的确定中子星和黑洞的分界线，两者都是大质量恒星死亡时诞生的。

“团队负责人、曼彻斯特大学天体物理学教授本·斯塔普斯在一篇文章中提到：“伴星任何一种可能具备的性质都令人兴奋。”脉冲星-黑洞系统将是检测引力理论的一个重要应用，而重中子星将为超高密度的核物理学提供新的研究方向。”

该天体是由位于南非北角的64个天线组成的MeerKAT射电天文望远镜发现的。这些致密的恒星残骸正围绕着一颗快速旋转的中子星或“毫秒脉冲星”运行，该脉冲星位于大约4万光年之外的银河系中一个被称为“球状星团”的致密恒星团中。

虽然一个有两颗中子星的系统已经很吸引人了，但如果其中一个神秘的天体是一个黑洞，这将使该系统成为一个更令人难以置信的射电脉冲星-黑洞双星系统。由于脉冲星的高周期性爆发性质，它可以被用作定时器测试黑洞强烈引力的影响，这样一个系统可能是测试爱因斯坦1915年引力理论（即广义相对论）极限的关键。

这颗被称为PSR J0514-4002E的脉冲星，是MeerKAT在横扫地球时发出的微弱无线电波脉冲中被发现的。

随着中子星像宇宙灯塔一样以每秒170转的速度旋转，其高度规则的脉冲微小的变化使研究人员得以确认PSR J0514-4002E是一个具备超密轨道的天体，这意味着它只能是一颗大质量恒星坍缩的残余。

研究小组发现，脉冲星和这个神秘物体之间的距离为500万英里（800万公里），大约是地球和太阳之间距离的0.05倍，每7个地球日相互环绕一次。

PSR J0514-4002E轨道中天体的质量比任何已知的中子星都要多，但比任何已知的黑洞都要少，使它落在黑洞的质量差距中。

黑洞和中子星：发现差异

中子星和黑洞都是大质量恒星核聚变燃料燃尽时诞生的，此时恒星已无法再承受自己引力造成的内部压力。当这颗垂死的恒星外层在超新星爆炸中被吹走时，恒星的核心就会向内坍缩。

在质量尺度很低时，恒星核心的崩溃止于具备量子属性的中子，此时它会变成一个中子星，恒星残骸质量约为太阳质量的1到2倍，宽度约为地球上的12英里（20公里）。

然而，在超过一定质量时，维持中子间距的量子压力被克服，会导致原子核完全坍塌成为一个黑洞。一个中子星的伴星如果可以窃取物质来增加它自己的质量，那它也可以超过这个极限坍缩成一个黑洞。

天文学家认为，如果一个恒星的核心在失去其外层和绝大部分质量后，其质量仍然超过太阳质量的2.2倍，那么它的重量就足以产生一个黑洞。

问题是，我们所见过的最轻的黑洞其质量仍然是太阳的5倍左右。在5个太阳质量和2.2个太阳质量之间的黑洞被称为“黑洞质量差距”，这让人对中子星的2.2个太阳质量极限产生了质疑。

这种系统的黑洞示意图（图片来源：丹妮尔·福塞拉）

缩小了的黑洞质量差距

斯塔普斯和他的同事们在使用MeerKat研究位于哥伦布星座南部的球状星团NGC 1851时发现了这个天体，它可能是解开这个谜团和缩小的黑洞质量差距的关键。

该研究小组认为，可能是两颗中子星之间的碰撞让他们探测到了这颗围绕脉冲星PSR J0514-4002E运行的神秘物体。

团队还不能确定PSR J0514-4002E的同伴是中子星、一个黑洞、还是迄今为止尚未知的超密宇宙天体，但他们知道这个系统可以成为一个独特的宇宙实验室用以研究极端条件下天体的物理行为。

杜塔总结道：“我们还没有研究完这个系统，揭示这个伴星的真实性质将是我们理解中子星、黑洞以及黑洞质量差距中可能潜伏的任何其他天体的一个转折点。”

BY:Robert Lea

FY: 杂七八糟嘿

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