中子星是由大質(zhì)量恒星演化的超新星爆發(fā)后留下的遺骸。它們密度非常大，且質(zhì)量難以測(cè)定。新的研究正逐步縮小這一問題的范圍。圖片來源：ESA/ATG。許可協(xié)議：CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard License
當(dāng)大質(zhì)量恒星演化的超新星爆發(fā)后，它們的遺骸就是中子星。除黑洞外，它們是目前已知密度最大的天體，但其質(zhì)量一直難以測(cè)定。最新研究正在這一領(lǐng)域取得進(jìn)展。
在《自然·天文學(xué)》（Nature Astronomy）里新發(fā)表的一項(xiàng)研究中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)分析了90顆處于雙星系統(tǒng)的中子星樣本，試圖測(cè)定中子星的初始質(zhì)量函數(shù)（Birth Mass Function, BMF）。論文標(biāo)題：Neutron star mass function shaped by supernova explosions。第一作者是北京師范大學(xué)天文系的尤志強(qiáng)教授。
BMF是天體物理學(xué)中的重要研究領(lǐng)域。它描述了超新星爆發(fā)形成中子星時(shí)，其質(zhì)量的即時(shí)分布規(guī)律。如同自然界的其他現(xiàn)象一樣，BMF與多個(gè)領(lǐng)域緊密關(guān)聯(lián)。例如：理解大質(zhì)量恒星的最終階段，以及中子星與黑洞合并所產(chǎn)生的引力波。BMF還能幫助科學(xué)家探究極端密度下物質(zhì)的性質(zhì)。
“了解中子星的初始質(zhì)量，是解鎖其形成歷史之門的鑰匙，”Simon Stevenson 說道，”這一工作，為理解探測(cè)到的中子星合并產(chǎn)生的引力波，提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”
"中子星的誕生質(zhì)量函數(shù)編碼了關(guān)于超新星爆發(fā)、雙星演化以及極端條件下物質(zhì)特性的豐富信息,"作者們?cè)谡撐闹薪忉尩馈?但迄今為止，這一函數(shù)仍缺乏足夠的觀測(cè)約束。"
早期對(duì)中子星質(zhì)量的觀測(cè)僅能得出寬泛的限制，部分原因在于觀測(cè)數(shù)據(jù)的匱乏。"長(zhǎng)期以來，所有觀測(cè)到的中子星質(zhì)量都集中在1.35倍太陽質(zhì)量的狹窄范圍內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)差0.04倍高斯分布最高點(diǎn)即為均值。在教科書和研究中，通常采用1.4倍太陽質(zhì)量作為中子星的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量。
來自Kiziltan等人2013年發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》的圖表展示了這一高斯分布，其平均質(zhì)量約1.4倍太陽質(zhì)量。圖片來源：Kiziltan et al. 2013.
隨著時(shí)間推移，這一數(shù)值的可靠性逐漸降低，尤其是在研究人員通過arXiv平臺(tái)發(fā)表新研究成果后(2018年論文)。本研究團(tuán)隊(duì)通過分析90個(gè)雙星系統(tǒng)中的中子星，提出了描述中子星誕生質(zhì)量函數(shù)(BMF)的冪律模型。
"為確定中子星質(zhì)量分布，我們整理了90個(gè)中子星的觀測(cè)樣本，這些樣本的質(zhì)量估計(jì)數(shù)據(jù)來自射電脈沖星、引力波和X射線雙星的觀測(cè),"作者指出。研究復(fù)雜性部分源于雙星系統(tǒng)中天體間的質(zhì)量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。
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