什麼叫精確?在4500光年外,中子星的幾微米變形都能夠測量

天空之城 2020/09/27 檢舉 我要评论

你能想像出,測量距離我們約4500光年的中子星大小有多難嗎?這是一個令人難以置信的測量,就像細菌是如此的小,以至於需要顯微鏡才能看到它,而且光可以在短短一秒內傳播30萬公里,4500年內可以傳播的距離是多麼的遙遠。但是,從塔塔基礎研究所(TIFR)的蘇迪普·巴塔查裡亞教授的研究中,現在已經能推斷出中子星大小的幾微米變形,即在一個方向上額外增加幾微米的厚度。

這適用于大約4500光年遠的中子星,其研究發表在《皇家天文學會月刊》。中子星是密度高得令人難以置信的宇宙天體(恒星中的一種),中子星直徑大約有一座城市那麼大,但包含的物質甚至比太陽還多。其中一些被觀測到每秒自轉幾百次,我們稱之為毫秒脈衝星(中子星的一種)。這樣一顆中子星的自旋軸周圍稍有不對稱或變形,就會導致引力波的持續發射。

引力波是時空中的漣漪,為天文學家宇宙的探索提供了一個新視窗。但到目前為止,引力波被發現是黑洞和中子星合併的暫態現象。到目前為止,還沒有探測到連續的引力波,例如來自輕微變形和旋轉中子星的引力波。如果變形太小,目前的儀器可能沒有能力探測到這些引力波。然而,間接推斷引力波並測量這種形變的一種方法是:估計引力波對脈衝星自旋下降速率的貢獻,這到目前為止是不可能的。

PSR J1023+0038是一個獨特的宇宙源,因為它是唯一一顆毫秒脈衝星,在伴星的品質轉移階段和沒有品質轉移階段,測量到了兩個自旋下降速率。科學家利用這些值,主要是物理學的一個基本原理,即角動量守恆,推導出連續的引力波,並估計了中子星的幾微米的微觀變形。一顆具有橢圓度的毫秒脈衝星,也就是圍繞其自旋軸的非對稱品質分佈,可以發出到目前為止還沒有被探測到的連續引力波。推斷這種波的一種間接方法是估計波對脈衝星自旋減速的貢獻。

脈衝星PSR J1023+0038對於這一目的來說是理想而獨特的,因為這是唯一一顆在吸積態和非吸積態都測量到自旋下降率的毫秒脈衝星。根據完整的力矩平衡方程和兩種狀態下觀測到的γ射線脈衝星磁層起源,推導出由於脈衝星的永久橢圓性,PSRJ1023+0038應該發出引力波,還以一種自洽的方式解釋了這個來源的其他一些主要觀測方面。作為一個例子,推斷出吸積盤穿透脈衝星磁層,並用標準和公認的情景解釋了觀測到吸積態的X射線脈動。

這反過來又推斷出吸積態的脈衝星自旋向下能量更大,研究解釋了在這種狀態下觀察到的更大的γ射線發射。探索了脈衝星PSRJ1023+0038的大范圍參數值,在不假定吸積態有額外橢圓度來源的情況下,發現脈衝星的品質四極矩失准。

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