科学家们称量了一颗中子星的重量，以瞥见里面奇怪的物理学

中子星是宇宙中最极端的物体之一。它们由超巨星坍缩的核心形成，比我们的太阳还重，但又被压缩成一个城市大小的球体。

这些奇特恒星的致密核心包含被压扁成独特状态的物质，我们不可能在地球上复制和研究。这就是为什么美国宇航局的任务是研究中子星，并了解控制其中子星内部物质的物理学。

我和我的同事们一直在帮助他们。我们使用了来自快速旋转的无线电信号中子星来测量其质量。这使得科学家能够利用美国宇航局的数据来测量恒星的半径，这反过来又为我们提供了关于内部奇怪物质的最精确信息。

中子星里面有什么？

中子星核心的物质甚至比原子核的密度还要大。作为宇宙中最致密的稳定物质形式，它被挤压到极限，处于崩溃的边缘。黑洞.

了解物质在这些条件下的行为是对基础物理学理论的关键考验。

美国宇航局的中子星内部成分探索R（NICER）任务正试图解开这件极端事情的谜团。

NICER是国际空间站上的X射线望远镜。它检测来自中子星表面热点的X射线，那里的温度可以达到数百万度。

科学家们对这些X射线的时间和能量进行建模，以绘制热点并确定中子星的质量和大小。

了解中子星的大小与其质量的关系将揭示其核心中物质的“状态方程”。这告诉科学家中子星有多软或多硬——多么“可挤压”——以及它是由什么组成的。

一个较软的状态方程表明，核心中的中子正在分裂成一个由较小粒子组成的奇特汤。更硬的状态方程可能意味着中子抵抗，导致更大的中子星。

状态方程还决定了中子星在何时被撕裂时碰撞.

解开与中子星邻居的谜团

NICR的主要目标之一是一颗名为PSR J0437-4715的中子星，它是最近和最亮的毫秒脉冲星.

脉冲星是一颗中子星，每次中子星旋转时，我们都会发射无线电波束作为脉冲观察。

这颗特殊的脉冲星每秒旋转173次（与搅拌机一样快）。近 30 年来，我们一直在观察它穆里扬，新南威尔士州的CSIRO帕克斯射电望远镜。

处理NICER数据的团队面临着这个脉冲星的挑战。来自附近星系的X射线使得准确模拟中子星表面的热点变得困难。

幸运的是，我们能够使用无线电波来找到脉冲星质量的独立测量值。如果没有这些关键信息，该团队就无法恢复正确的质量。

称量中子星的重量与时间有关

为了测量中子星的质量，我们依赖于爱因斯坦理论所描述的效应广义相对论，称为夏皮罗延迟。

大而密集的物体，例如脉冲星——在这种情况下，它的伴星，一颗白矮星——扭曲空间和时间。脉冲星和这个伴星每5.74天绕彼此公转一次。

当脉冲星的脉冲穿过白矮星周围的压缩时空传播到我们身边时，它们会延迟几微秒。

这种微秒级的延迟很容易用来自PSR J0437-4715等脉冲星的Murriyang来测量。这颗脉冲星，以及其他类似的毫秒脉冲星，经常被观测到Parkes Pulsar 定时阵列Project，使用这些脉冲星来检测引力波.

由于PSR J0437-4715离我们相对较近，因此从我们的角度来看，当地球围绕太阳移动时，它的轨道似乎会轻微晃动。这种摆动为我们提供了有关轨道几何形状的更多细节。我们将其与夏皮罗延迟一起使用，以找到白矮星伴星和脉冲星的质量。

PSR J0437-4715的质量和尺寸

我们计算了一下这颗脉冲星的质量是典型的中子星，质量是太阳的1.42倍。这很重要，因为这颗脉冲星的大小也应该是典型中子星的大小。

然后，使用NICER数据的科学家能够确定X射线热点的几何形状并计算出来中子星的半径为11.4公里.这些结果给出了最精确的锚点然而，在中密度下发现了中子星的状态方程。

我们的新图片已经排除了最软和最硬的中子星状态方程。科学家们将继续解读这对中子星内核中存在奇异物质的确切意义。

理论认为，这个问题可能包括具有逃离了他们正常的家在较大的颗粒或称为超子.

这些新数据增加了一个新兴的中子星内部模型，该模型也得到了观察来自碰撞中子星的引力波和相关的爆炸，称为千新星。

Murriyang 在协助 NASA 任务方面有着悠久的历史，并被誉为以下机构的主要镜头接收者：阿波罗11号月球漫步的大部分.

现在，我们已经使用这台标志性的望远镜来“权衡”中子星内部的物理学，从而推进我们对宇宙的基本理解。

丹尼尔·里尔登，脉冲星定时和引力波博士后研究员，斯威本科技大学

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