PSR J0740+6620

PSR J0740+6620

PSR J0740+6620，（簡稱J0740）是一顆毫秒脈衝星，也是迄今為止體積最大，質量最大的中子星。距地球約4600光年，直徑約30公里，質量約為2.17倍太陽質量，十分接近其被自身引力壓成黑洞的質量極限。

基本介紹

  • 中文名：PSR J0740+6620
  • 別名： J0740+6620
  • 分類：中子星，毫秒脈衝星 
  • 發現時間：9月17日 
  • 質量：2.17 M⊙ 
  • 直徑：24.4 至 32.6 km 
  • 自轉周期：每秒346圈
  • 距地距離：4600 光年 
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發現歷史

科技日報北京9月17日電 (記者劉霞)美國科學家在16日出版的《自然·天文學》雜誌撰文稱，他們發現了迄今最重的中子星PSR J0740+6620。
空間科學與物理學院核物理交叉科學研究中心博士後張乃波基於由雙中子星併合事件提取的潮汐形變度與現有地面核物理實驗數據，研究了最近報導的質量為M = Msun的中子星PSR J0740+6620對緻密豐中子物質狀態方程的影響。該工作以題為“Implications of the Mass M = Msunof PSR J0740+6620 on the Equation of State of Super-dense Neutron-rich Nuclear Matter”被美國天體物理學雜誌(Astrophysical Journal, IF: 5.580)接收並發表。

物理特徵

PSR J0740+6620距地球約4600光年，平均直徑約30公里，質量約為2.17倍太陽質量，接近其被自身引力壓成黑洞的質量極限——3.2倍太陽質量。它以每秒346次的驚人速度在自轉，並且與旁邊的一顆白矮星共同組成了一個雙星系統。
據美國太空網16日報導，J0740+6620是一種不斷旋轉的中子星——脈衝星，具體而言，是一種毫秒脈衝星，因為它每秒能快速旋轉數百圈。

研究發現

質量測量

在最新研究中，天文學家通過一種名為“引力時間延遲效應”(Shapiro Delay)的現象測量了這顆脈衝星的質量。這一方法的原理如下：脈衝星與其白矮星伴星(一顆與中子星圍繞同一個軌道運行的小而緻密的恆星)的引力會扭曲它周圍的時空結構，而這種扭曲程度與白矮星的質量成比例。從地球的角度看，脈衝星經過白矮星與地球連線時，這種扭曲會讓脈衝星發出的脈衝延遲數千萬分之一秒。科學家可以通過測量這些延遲計算出白矮星的質量，然後，通過分析脈衝星和白矮星相互環繞的方式，估算出脈衝星的質量。

直徑估算

在這次研究中，一共有兩個小組利用兩種不同的方法對其直徑進行了模擬，其中阿姆斯特丹大學的博士後研究員Thomas Riley和天體物理學教授Anna Watts的團隊得到的結果是24.8公里左右，而馬里蘭大學學院公園分校的天文學教授Cole Miller的團隊得到的結果是27.4公里左右。雙方在不確定性範圍內取了重疊的區間，也就是24.4-32.6公里之間。

相關挑戰

自2013年發現中子星J0348+0432以來，中子星最大觀測質量一直為2.01 Msun，最近，Cromartie等人發現了觀測質量為M = Msun的中子星PSR J0740+6620。本工作主要研究了以下三個相關問題：
1、PSR J0740+6620的發現對高密度處對稱核物質性質影響如何？
2、 PSR J0740+6620的發現對高密度處對稱能及相應的質子比例影響如何？
3、PSR J0740+6620的發現對中子星物質壓強的影響如何？
研究發現迄今廣泛使用並通過各種檢驗的狀態方程很難同時滿足高達2.17 Msun的最大質量與由雙中子星併合事件提取的對中子星物質壓強的限制。這為核物理理論研究提出了新的挑戰。

觀測方法

NASA在2017年的時候在國際空間站上安裝了一台強大的觀測設備，那就是中子星內部組成探測器（簡稱NICER）。它可以對中子星的半徑、質量、自轉、磁場等各個方面進行探測，幫助科學家獲得關於中子星的重要參數，甚至是了解這種極端天體的內部結構。
只要測量出它的直徑和質量，就能算出密度。如果它的核心是夸克湯，那么顯然比普通中子星密度更高。如果它的密度和小型中子星一樣，那就證明它的核心也是同樣的中子。

類似天體

2019年時，Riley和Miller曾經帶領一支團隊對一顆名為J0030+0451的脈衝星進行了測量，發現其質量是太陽的1.4倍（基本是質量最小的脈衝星），直徑為26公里。
如今的研究發現，兩顆脈衝星在質量和尺寸上的差距，不足以解釋可能存在的夸克湯狀態。相應的，最近的一些新理論模型，或許可以解釋中子星核心的狀態。有科學家認為，那裡可能是中子、質子以及夸克或新的夸克組合的粒子所雜糅在一起的複雜狀態。不過，關於中子星的核心，仍然有待於NICER更多的觀測數據來進行支撐。同樣的，J0740未來會不會變成黑洞，也有待於進一步的研究。

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