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質量是太陽的1.35倍,體積卻和月亮差不多,科學家發現了神奇天體

我們的太陽, 直徑有139.2萬公里, 質量約為2000億億億噸, 是太陽系內最巨大的天體。

而在宇宙中, 還有一些非常奇怪的天體, 它們的質量和體積, 都非常離奇, 和我們平時見到的物質完全不一樣。 最近, 科學家們就發現了一顆神奇的天體, 它的質量比太陽還大, 體積卻非常小, 令人嘖嘖稱奇。

(圖片說明:一顆比地球直徑小得多的白矮星)

這顆天體, 就是緻密星的一種——白矮星。

白矮星是恒星死亡後留下的一種殘骸, 通常來說, 質量不足太陽8倍的恒星, 死亡之後就會變成白矮星。 這些恒星在進入到演化末期後, 外殼會向外擴散, 內核則開始進行氦的聚變, 最終就會坍縮為高密度的白矮星。 這些天體密度非常大, 每立方公分就超過了1噸, 因此體積也比較小, 通常和一顆行星差不多大, 甚至還要更小。

這次被發現的神奇的白矮星, 名字叫做ZTF J1901+1458, 距離我們大約130光年。 它是我們見過質量最大的白矮星,

達到了太陽的1.35倍。 它也可能是整個宇宙中最重的白矮星之一了, 因為當它質量再大一點點, 達到太陽的1.4倍——也就是錢德拉塞卡極限——的時候, 它就會坍縮為另一種緻密星——中子星。

(圖片說明:這顆白矮星只比月球大一點)

然而, 就是這顆質量最大的白矮星, 體積反而小得出奇。 觀測結果表明, 它的直徑只有大約4280公里, 比太陽系最小的行星水星還要小, 比地球的衛星月球也大不了多少。 想一想, 一顆和月球差不多大的天體, 竟然比太陽還要重, 的確是非常神奇!

加州理工學院的理論天體物理學家Ilaria Caiazzo介紹說:「我們觀測到了這顆非常有趣的天體, 它的質量還不足以引起爆發。 我們現在正在研究的, 就是一顆白矮星到底可以有多大的質量。 」

雖說天體物理學家錢德拉塞卡已經計算出了1.4倍太陽質量的臨界值, 但這個數字仍然有待于科學家們的觀測結果來佐證。

一旦一顆白矮星超過了錢德拉塞卡極限, 它的巨大壓力就會突破電子簡並壓力的作用, 將電子壓縮到質子之中, 二者結合為中子, 形成一顆中子星。

中子星是一種比白矮星更加恐怖的緻密星, 除了從白矮星形成之外, 也可以通過大質量恒星的超新星爆發直接形成, 這要求其質量要達到太陽的8-30倍。 和白矮星相比, 中子星的密度更加驚人,

每立方公分可以超過1億噸!它之所以有如此巨大的密度, 就在於所有的電子都被壓進了原子核, 釋放了絕大部分空白的空間。

(圖片說明:中子星比白矮星更加恐怖)

但是, 這種電子簡並壓力非常巨大, 的確非常難以突破。 其根源就來自於泡利不相容原理, 兩個相同的半整數自旋費米子不能佔據相同的量子態,這就會產生巨大的向外對抗壓力的力。只有當恒星內核質量巨大到超過了太陽的1.4倍,才會超過這個力,形成中子星。

而ZTF J1901+1458的質量為太陽的1.35倍,可以說已經達到了臨界值,非常有可能會突破界限,坍縮成中子星,這也是它備受科學家關注的原因之一。

除了這個原因之外,還有另外一個特點,讓它顯得十分特別。

(圖片說明:白矮星可以吞噬伴星的物質)

在宇宙中,大量的白矮星都位於雙星系統中。也就是說,這些白矮星的周圍,還有其他的恒星存在。當這兩顆天體距離足夠近時,白矮星就會利用自己強大的引力將伴星的物質吸收到自己身上,從而不斷提升自己的質量。在這種情況下,雖然已經是死亡恒星了,白矮星還是能夠再次「死亡」,在觸及錢德拉塞卡極限時爆發為Ia型超新星,同時坍縮為中子星。

對於ZTF J1901+1458來說,情況就有點不一樣了。

研究人員分析後認為,這顆白矮星未必是由一顆恒星直接形成的,而是由兩顆白矮星合併而成的。也就是說,這裡原本的確有個雙星系統,而且兩顆都是白矮星。它們在引力的作用下發生碰撞,發生了合併事件。他們的進一步研究表明,這次劇烈的碰撞事件,發生在不到1億年前。

(圖片說明:兩顆白矮星可以碰撞形成Ia型超新星)

它的磁場也非常強大,是太陽的10億倍左右;自轉速度也非常驚人,每7分鐘就能自轉一圈,雖然不是迄今為止自轉最快的白矮星,但也相當引人關注了。這些現象,都是它經歷過合併的潛在證據。可是,即使是兩顆白矮星加在一起,質量也不足太陽的1.4倍,所以合併之後依然是白矮星。

Caiazzo繼續介紹說:「這在很大程度上都是來自於推測的,或許這顆白矮星的質量已經足以進一步坍縮形成中子星了。」

如果它真的形成了中子星,那麼就意味著我們觀測到了一種新的低質量中子星形成途徑。

ZTF J1901+1458這種處於臨界邊緣的天體,對於科學家來說是非常重要的觀測物件,可以讓我們瞭解到更多類型的中子星或白矮星。

Caiazzo說:「目前還有太多的問題懸而未決,比如說銀河系中白矮星合併的頻率是多少以及它們能夠解釋Ia型超新星的數量?這樣的劇烈事件是如何創造出磁場以及白矮星之間的磁場為何有如此巨大的差異?如果能夠找到大量通過合併形成的白矮星,將會對我們回答這些甚至更多問題有極大的幫助。」

兩個相同的半整數自旋費米子不能佔據相同的量子態,這就會產生巨大的向外對抗壓力的力。只有當恒星內核質量巨大到超過了太陽的1.4倍,才會超過這個力,形成中子星。

而ZTF J1901+1458的質量為太陽的1.35倍,可以說已經達到了臨界值,非常有可能會突破界限,坍縮成中子星,這也是它備受科學家關注的原因之一。

除了這個原因之外,還有另外一個特點,讓它顯得十分特別。

(圖片說明:白矮星可以吞噬伴星的物質)

在宇宙中,大量的白矮星都位於雙星系統中。也就是說,這些白矮星的周圍,還有其他的恒星存在。當這兩顆天體距離足夠近時,白矮星就會利用自己強大的引力將伴星的物質吸收到自己身上,從而不斷提升自己的質量。在這種情況下,雖然已經是死亡恒星了,白矮星還是能夠再次「死亡」,在觸及錢德拉塞卡極限時爆發為Ia型超新星,同時坍縮為中子星。

對於ZTF J1901+1458來說,情況就有點不一樣了。

研究人員分析後認為,這顆白矮星未必是由一顆恒星直接形成的,而是由兩顆白矮星合併而成的。也就是說,這裡原本的確有個雙星系統,而且兩顆都是白矮星。它們在引力的作用下發生碰撞,發生了合併事件。他們的進一步研究表明,這次劇烈的碰撞事件,發生在不到1億年前。

(圖片說明:兩顆白矮星可以碰撞形成Ia型超新星)

它的磁場也非常強大,是太陽的10億倍左右;自轉速度也非常驚人,每7分鐘就能自轉一圈,雖然不是迄今為止自轉最快的白矮星,但也相當引人關注了。這些現象,都是它經歷過合併的潛在證據。可是,即使是兩顆白矮星加在一起,質量也不足太陽的1.4倍,所以合併之後依然是白矮星。

Caiazzo繼續介紹說:「這在很大程度上都是來自於推測的,或許這顆白矮星的質量已經足以進一步坍縮形成中子星了。」

如果它真的形成了中子星,那麼就意味著我們觀測到了一種新的低質量中子星形成途徑。

ZTF J1901+1458這種處於臨界邊緣的天體,對於科學家來說是非常重要的觀測物件,可以讓我們瞭解到更多類型的中子星或白矮星。

Caiazzo說:「目前還有太多的問題懸而未決,比如說銀河系中白矮星合併的頻率是多少以及它們能夠解釋Ia型超新星的數量?這樣的劇烈事件是如何創造出磁場以及白矮星之間的磁場為何有如此巨大的差異?如果能夠找到大量通過合併形成的白矮星,將會對我們回答這些甚至更多問題有極大的幫助。」

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