天文学家在NGC 1851星团中发现了一个难以被分类的天体系统

天文学家发现了一个无法分类的天体，可能是在已知物理学的边缘发现了一种新型宇宙实体。有时，天文学家会在天空中发现一些我们无法轻易解释的天体。在发表在《科学》杂志上的新研究中有着这样一个发现，它很可能会引发讨论和猜测。

中子星是宇宙中密度最大的天体。它们像原子核一样紧凑，却又像一座城市一样大，突破了我们对极端物质理解的极限。中子星越重，就越有可能最终坍缩成为密度更大的物体：黑洞。

假定大质量伴星是一个黑洞，该系统的艺术印象图。最亮的背景恒星是它的轨道伴星--射电脉冲星 PSR J0514-4002E。两颗恒星相距 800 万公里，每 7 天绕对方一周。图片来源：Daniëlle Futselaar (artsource.nl)

这些天体的密度如此之大，引力如此之强，以至于它们的核心--无论它们是什么--都被事件视界永久地遮蔽在宇宙之外：完全黑暗的表面，光线无法从中逃脱。

如果我们要了解中子星和黑洞之间临界点的物理学，就必须找到处于这一边界的天体。特别是，我们必须找到可以进行长时间精确测量的天体。而这正是我们所发现的--一个既不明显是中子星也不明显是黑洞的天体。

哈勃太空望远镜拍摄的球状星团 NGC 1851 的图像。图片来源：NASA、ESA 和 G. Piotto（帕多瓦大学）；处理：Gladys Kober（NASA/美国天主教大学）：Gladys Kober（美国国家航空航天局/美国天主教大学）

当天文学家在星团NGC 1851的深处观察时，发现了一对特别的系统，这为我们了解宇宙中的极端物质提供了新的视角。这个系统由一颗毫秒脉冲星（一种快速旋转的中子星，它在旋转过程中会向整个宇宙发出无线电光束）和一个性质不明的巨大隐蔽物体组成。

这个大质量天体是暗的，也就是说，从无线电到光学、X 射线和伽马射线波段，所有频率的光都看不到它。在其他情况下，这将使它无法被研究，但就在这里，毫秒脉冲星为我们提供了帮助。

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进行精确测量。虽然脉冲星本质上是稳定的，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，我们可以测量与脉冲星在轨道上运行的天体的特性。

研究小组使用了位于南非卡鲁半沙漠的 MeerKAT 射电望远镜。图片来源：SARAO

国际天文学家团队一直在使用南非的MeerKAT 射电望远镜对这个被称为 NGC 1851E 的星系进行观测。

通过这些数据，我们可以精确地了解两个天体的轨道细节，显示出它们的最接近点会随着时间的推移而发生变化。爱因斯坦的相对论描述了这种变化，而变化的速度可以告诉我们系统中天体的总质量。

观测结果表明，NGC 1851E 系统的重量几乎是太阳的四倍，暗伴星和脉冲星一样，是一个紧凑的天体--比普通恒星的密度大得多。质量最大的中子星重约两个太阳质量，因此如果这是一个双中子星系统（众所周知并被研究过的系统），那么它就必须包含两颗迄今发现的最重的中子星。

为了揭示伴星的性质，我们需要了解恒星系统中的质量是如何在恒星之间分配的。同样利用爱因斯坦的广义相对论，我们可以建立该系统的详细模型，发现伴星的质量介于太阳质量的 2.09 和 2.71 倍之间。

这颗伴星的质量位于"黑洞质量鸿沟"之内。"黑洞质量鸿沟"介于最重的中子星和最轻的黑洞之间，前者被认为约为2.2个太阳质量，后者则是由恒星坍缩形成的，约为5个太阳质量。这一鸿沟中的天体的性质和形成是天体物理学中一个悬而未决的问题。

那么，我们到底发现了什么呢？

射电脉冲星 NGC 1851E 及其奇异伴星的潜在形成历史。资料来源：Thomas Tauris（奥尔堡大学 / MPIfR）

一个诱人的可能性是，我们发现了一颗脉冲星，它正围绕着两颗中子星合并（碰撞）后的残骸运行。NGC 1851中恒星的密集排列使得这种不寻常的构造成为可能。

在这个拥挤的恒星舞池中，恒星们将相互旋转，在无尽的华尔兹中交换舞伴。如果两颗中子星碰巧被抛得太近，它们的舞蹈就会以灾难性的方式结束。

它们碰撞产生的黑洞可能比恒星坍缩产生的黑洞轻得多，因此黑洞可以在星团中自由游荡，直到找到华尔兹舞中的另一对舞者，然后毫不客气地插入其中--在这一过程中将较轻的舞伴踢走。正是这种碰撞和交换机制，才有可能产生我们今天观察到的系统。

对这个系统的研究还没有结束。我们的工作还在继续，以便最终确定伴星的真实性质，并揭示我们发现的是最轻的黑洞还是质量最大的中子星，或者两者都不是。

在中子星和黑洞之间的边界，总是有可能存在一些新的、尚不为人知的天体物理天体。

这一发现肯定会引起许多猜测，但已经明确的是，这一系统在了解宇宙中最极端环境下物质的真实情况方面有着巨大的前景。

撰稿人：

• Ewan D. Barr - 马克斯-普朗克射电天文学研究所瞬态和脉冲星与 MeerKAT (TRAPUM) 合作项目科学家

• Arunima Dutta - 马克斯-普朗克射电天文学研究所射电天文学基础物理学研究部博士生

• 本杰明-斯塔珀斯--曼彻斯特大学天体物理学教授

改编自最初发表在《对话》上的一篇文章。

编译来源：ScitechDaily