黑洞、中子星还是什么新东西？我们发现了

　　从黑暗神秘伴星的肩膀上看过去，艺术家对NGC 1851E双星系统的印象。信用:uux.cn/MPIfR丹尼尔·富塞拉尔（artsource.nl）

　　据对话（伊万·d·巴尔、阿鲁尼玛·达塔和本杰明·斯塔珀斯）：有时天文学家会在天空中遇到我们无法轻易解释的物体。在我们发表在《科学》杂志上的新研究中，我们报告了这样一个发现，这很可能引发讨论和猜测。

　　中子星是宇宙中密度最大的物体之一。像原子核一样紧凑，但又像城市一样大，它们推动了我们对极端物质理解的极限。中子星越重，越有可能最终坍缩成密度更大的东西:黑洞。

　　这些天体物理物体密度如此之大，引力如此之强，以至于它们的核心——无论它们可能是什么——都被视界永久地遮蔽在宇宙之外:视界是光线无法逃离的完全黑暗的表面。

　　如果我们想要理解中子星和黑洞之间临界点的物理学，我们必须找到这个边界上的物体。特别是，我们必须找到可以长时间精确测量的物体。这正是我们所发现的——一个既不是中子星也不是黑洞的物体。

　　正是在深入观察星团NGC 1851时，我们发现了似乎是一对恒星的东西，这对恒星为宇宙中物质的极端提供了一个新的视角。该系统由一颗毫秒脉冲星和一个未知性质的巨大隐藏物体组成。毫秒脉冲星是一种快速旋转的中子星，在旋转时将无线电光束扫过宇宙。

　　哈勃太空望远镜拍摄的球状星团NGC 1851。美国国家航空航天局、欧空局和g .皮奥托。学分:uux.cn/帕多瓦大学

　　这个巨大的物体是黑暗的，这意味着它在所有频率的光线下都是不可见的——从无线电到光学、X射线和伽马射线波段。在其他情况下，这将使研究变得不可能，但这正是毫秒脉冲星帮助我们的地方。

　　毫秒脉冲星类似于宇宙原子钟。它们的自旋非常稳定，可以通过探测它们产生的有规律的无线电脉冲来精确测量。尽管本质上是稳定的，但当脉冲星运动或其信号受到强引力场影响时，观测到的自旋会发生变化。通过观察这些变化，我们可以测量脉冲星轨道上天体的特性。

　　我们的国际天文学家团队一直在使用南非的猫鼬射电望远镜对这个被称为NGC 1851E的系统进行此类观测。

　　这让我们能够精确地描述这两个物体的轨道细节，显示它们的最接近点随时间而变化。爱因斯坦的相对论描述了这种变化，变化的速度告诉我们系统中物体的总质量。

　　南非的猫鼬射电望远镜。南非射电天文台。信用:uux.cn/萨劳

　　我们的观测显示，NGC 1851E系统的重量几乎是我们太阳的四倍，并且像脉冲星一样，这个黑暗伴星是一个致密的物体——比普通恒星的密度大得多。最大质量的中子星大约有两个太阳质量重，所以如果这是一个双中子星系统（众所周知并被研究的系统），那么它必须包含两个迄今为止发现的最重的中子星。

　　为了揭示伴星的性质，我们需要了解系统中的质量在恒星之间是如何分布的。再次使用爱因斯坦的广义相对论，我们可以对系统进行详细建模，发现伴星的质量是太阳质量的2.09倍至2.71倍。

　　伴星的质量处于“黑洞质量差”范围内，该质量差介于最重的中子星和最轻的黑洞之间。最重的中子星被认为约为2。2个太阳质量，最轻的黑洞可能由恒星坍缩形成，约为5个太阳质量。这个间隙中物体的性质和形成是天体物理学中一个悬而未决的问题。

　　可能的候选人

　　系统的潜在形成历史。毫秒脉冲星（MSP）是在低质量X射线双星（LMXB）中产生的，留下了一颗白矮星（WD）。后来，通过交换相遇过程，WD被当前的伴星取代-一个轻黑洞（BH）或一个重中子星（NS）-它本身是两个NSs之间先前合并的结果。托马斯·陶里斯。学分:uux.cn/奥尔堡大学/ MPIfR

　　那么我们到底发现了什么？

　　一个诱人的可能性是，我们在两颗中子星合并（碰撞）的残骸周围的轨道上发现了一颗脉冲星。NGC 1851中恒星的密集排列使得这种不寻常的结构成为可能。

　　在这个拥挤的恒星舞池中，恒星将相互旋转，在一场无休止的华尔兹中交换舞伴。如果两颗中子星碰巧被扔得太近，它们的舞蹈将迎来灾难性的结局。

　　它们碰撞产生的黑洞可能比塌缩恒星产生的黑洞轻得多，然后可以自由地在星团中游荡，直到它找到另一对跳华尔兹的舞者，并毫不客气地插入自己——在这个过程中踢出较轻的伴侣。正是这种碰撞和交换的机制导致了我们今天所观察到的系统。

　　我们还没有完成这个系统。工作已经在进行中，以最终确定伴星的真实性质，并揭示我们是否发现了最轻的黑洞或最大的中子星——或者两者都没有。

　　在中子星和黑洞的交界处，总有可能存在某种新的、未知的天体。

　　这一发现肯定会引发许多猜测，但已经明确的是，当了解宇宙中最极端的环境下物质究竟发生了什么时，该系统具有巨大的潜力。