球状星团中发现的神秘天体

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翻译：向艺文

校对：马文琦

美编：刘艳梅

后台：李子琦

原文作者：CAMILLE M. CARLISLE

原文链接：https://skyandtelescope.org/astronomy-news/mystery-objects-uncovered-in-globular-clusters/

天文学家发现了两个不同的星团，其内部都有一个神秘的来源。这些天体是中子星还是黑洞?

球状星团是我们银河系外围古老而密集的恒星球。它们内部有一场恒星混战，天体之间相互捕获、释放或碰撞，从而产生更大的天体。

这种喧闹的环境是培育有趣天体的温床--比如每秒旋转数千次的脉冲星，或者中子星以及吮吸伴星上的气体并在炽热发光的圆盘中游走的小黑洞。

上周，两个研究小组分别宣布了研究结果，认为在银河系中两个不同的球状星团中都存在一个奇怪的天体即位于天鸽座南部的NGC 1851，以及天空中第二亮的球状星团Tucanae 47。这两项发现让我们对有关中子星和黑洞已知和未知的认识都有重要意义。

MYSTERIOUS MASS GAP

Ewan Barr(德国马克斯普朗克射电天文学研究所)和其团队在南非使用MeerKAT射电望远镜阵列对球状星团进行调查时发现了第一个天体。

该团队正在寻找毫秒脉冲星，即上文所提到快速旋转的脉冲星，这些脉冲星是由供体恒星的气体转移而旋转起来的。他们在NGC 1851中发现了PSR J0514−4002E。

研究人员将MeerKAT历时一年半二十几次观测的结果与西弗吉尼亚州绿岸望远镜十多年前收集的观测数据相结合。总之，这些数据使研究人员能够精确地确定PSR J0514 - 4002E与其不可见的伴星完成轨道运行所需要的时间(7.44天)以及这对伴星的总质量（3.887个太阳质量）。(小数点后三位要归功于精准脉冲星的时钟信号)

以天文学家在其他地方发现的脉冲星为依据，研究小组减去了脉冲星对总质量可能作出的贡献，并推断这颗不可视伴星的质量范围相当于:2.09到2.71个太阳。研究人员用哈勃望远镜观测时没有发现任何恒星，因此他们得出结论，这个伴星要么是中子星，要么是黑洞。

这个质量范围非常引人注目:它位于天文学家所探测到的最大中子星和最小黑洞之间。最大的脉冲星质量低于2.1个太阳质量，只有少数黑洞的质量低于5个太阳质量。但是，鉴于恒星（以及恒星的遗迹）在质量较低时更为丰富，因此在这两端之间的神秘无人区应该充满了黑洞。

他们在1月19日的《科学》杂志上写道，研究人员找不到任何能帮助他们区分这个天体是中子星还是黑洞的东西。“因此，我们无法确定伴星是一个大质量‘中子星’还是一个低质量‘黑洞’。”

玛雅·菲什巴赫(加拿大理论天体物理研究所)在一篇附带的透视文章中写道，这一发现具有“迷人的含义”。“如果伴星是一颗中子星，它可能是迄今为止已知最重的一颗中子星，它为极其密集的核物质不确定物理学提供了经验。如果是黑洞，它可能是已知最轻的黑洞，这可能会影响我们在球状星团内部对超新星爆炸或动力学相互作用的理解。”

研究小组认为，这个天体可能是由两颗中子星并合产生的，因为它与GW170817事件中产生的遗迹大小相似。然而，Fishbach指出，在球状星团内部，中子星并合很罕见。

那是黑洞吗？

第二个神秘天体对质量的影响截然不同：这就是人们长期寻找的中等质量黑洞。这些天体的质量介于几百到几十万个太阳质量之间。天文学家已经发现了大量低于和高于这个范围的黑洞，但他们才刚刚开始补充介于两个范围之间的黑洞--这主要归功于在矮星系中心发现的微不足道的超大质量黑洞。

一个有希望的搜索地点是球状星团，这些中等黑洞可能是由于恒星碰撞而形成的，但搜索并没有得到什么结论。

Alessandro Paduano(澳大利亚科廷大学国际射电天文学中心)和他的同事们可能最终成功了。

该小组利用甚大阵列（VLA）和澳大利亚致密阵（ATCA）对50个球状星团进行了大规模的射电巡天观测。黑洞只有在吞噬气体时才会发光，尽管球状星团中没有多少气体，但任何进入黑洞的气体都会在射电和x射线中发出微弱的光，其亮度由黑洞的质量决定。

天文学家在球状星团 47 Tucanae（红圈）的中心发现了一个新的射电源（方框）。

研究人员发现的黑洞候选者之一位于土卫六47。后续观测发现，在与射电源相似的位置有一个X射线源，但没有恒星的迹象。

研究小组在1月20日的《天体物理学杂志》上得出结论，考虑到各种可能性，该天体很可能是一颗毫秒脉冲星，或者是一个质量在50到6000个太阳质量之间的弱吸积黑洞。

这个星团有很多脉冲星——除了泰山5号外，47Tuc的脉冲星比其他任何球状星团都要多。各种关于Tuc 47内部恒星运动的研究都不赞成存在一个大黑洞。

没有参与这项研究的菲利普-卡亚雷特（Philip Kaaret）（美国宇航局马歇尔太空飞行中心）说，多大才是关键。最好的下限是 600 个太阳质量。只要它的质量小于 500 个太阳质量，仍然为新的假定黑洞形成留下了足够的空间。

Kaaret本人也认为中等质量黑洞是一种合理的解释。该团队使用的技术是长期以来一直被倡导的搜索方法。

为了确认这个天体确实是一个中等质量的黑洞，而不是脉冲星，天文学家需要通过高分辨率的光学或红外观测深入观察星团，并找到一个看不见的天体扰乱恒星轨道的证据。这将需要配备自适应光学系统的大型地面望远镜，或者詹姆斯·韦布太空望远镜。

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责任编辑：陈玮菁

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