一对不平衡的死亡恒星可能揭示宇宙的一些秘密

想象一下，一对距离我们几光年外的坍缩恒星陷入了一场死亡“舞蹈”：最后的拥抱最终以碰撞而告终。天文学家预计，大约 5 亿年后，这一场景将在一个名为 PSR J1913+1102 的系统中上演。两颗中子星将相撞，让整个宇宙颤抖：空间和时间的结构将以引力波的形式波动。

大多数双星系统都包含两颗大小相当的中子星，它们被锁定在一个非常紧密的轨道上。但 PSR J1913+1102 包含一对不匹配的中子星，其中一颗是脉冲星，质量分别为太阳质量的 1.62 倍和 1.27 倍。根据周三发表在《自然》杂志上的一项研究，这使其成为“迄今为止报道的最不对称的合并系统”，该研究详细介绍了该系统及其即将发生的碰撞。

这个罕见的、不平衡的恒星系统为解决宇宙中一些最难以捉摸的谜团提供了独特的机会，例如宇宙分裂的速度有多快。

马克斯普朗克引力物理研究所研究员科林卡帕诺 (Collin Capano) 表示，我们发现的所有其他即将合并的双中子星系统都拥有几乎完全相同质量的恒星，他没有参与这项研究。“这一 [新] 观察将迫使我们重新思考我们对中子星双星如何形成的一些假设，同时也提出了新的问题供我们解答。”

中子星是很久以前超新星爆炸后形成的超致密碎裂残余物。脉动中子星被恰当地命名为脉冲星。这些恒星在旋转时会喷出可见的宇宙烟花——就像灯塔的光束——最终被地球上的射电望远镜探测到为光脉冲。

通过记录脉冲的精确时间，东英吉利大学物理学家、这项研究的主要作者罗伯特·费德曼等研究人员甚至可以预测未来的脉冲。“通过这样做，我们实际上可以跟踪中子星的旋转，这可以帮助我们将它们用作‘时钟’，以确定各种事物——比如[恒星]质量，”费德曼说。

由英国东英吉利大学领导的一个国际科学家小组依靠波多黎各阿雷西博天文台收集的数据，对银河系平面进行了大规模调查。这项新研究估计，还有其他恒星奇数对，如 PSR J1913+1102；在总的中子星合并群中，每 10 个中子星合并中就有 1 个以上是不对称的。

这一发现也能帮助我们更好地理解过去的天文事件。2017 年 8 月 17 日，我们见证了天文学史上的一个分水岭。世界各地的研究人员利用先进激光干涉引力波天文台 (LIGO) 和其意大利姊妹探测器 Virgo 目睹了距离我们约 1.3 亿光年的两颗超高密度中子星的灾难性碰撞。这一壮观事件被称为 GW170817，并不令人意外，但碰撞释放的大量物质——大约是预期的五倍——仍然是个谜。

虽然两颗合并物体的总质量约为太阳的 2.8 倍，但两颗中子星的个体质量尚不清楚。GW170817 可以用其他情景来解释，但研究人员表示，意外喷出的物质可能是由于质量差异很大的物体合并而造成的，就像本周《自然》杂志研究中的这对物体一样。“当质量较大的恒星的引力作用撕裂质量较小的恒星时，会导致更多物质被抛射到太空中，”费德曼说。

未参与这项研究的 LIGO 科学合作组织天体物理学家 Vicky Kalogera 表示，这一结果非常令人兴奋。她补充说，这一发现不仅与壮观的 GW170817 事件“完美”契合，而且令人欣慰的是，还有其他像 PSR J1913+1102 这样的不对称系统存在。

探测这些双星系统还可以帮助确定宇宙结构的膨胀速度——一个备受争议的数字，称为哈勃常数。

确定这个数字可以告诉我们很多关于宇宙的起源、年龄、演化以及最终命运的信息。然而，测量它的两种最精确的方法——观察附近闪烁恒星发出的光和宇宙中最古老的可观测光——却相互矛盾，存在 8% 的奇怪差异。第三种计算哈勃常数的独立方法可以帮助弥合这一分歧，费德曼和他的同事希望不对称合并可能是关键。“这可以帮助打破僵局，”他补充道。

中子星碰撞也是宇宙的终极炼金术，它能将宇宙中最重的元素像黄金一样炼成。尽管天文学家和物理学家几十年来一直对这些恒星残骸感到惊叹，但中子星的内部结构尚未完全了解。大规模中子星碰撞，尤其是不对称中子星碰撞，可能让科学家获得有关构成这些极端致密物体内部的奇异物质的重要线索。

所有这些宇宙疑问的确切答案只有通过更多的探测才能揭晓。与此同时，费德曼和他的同事希望利用 PSR J1913+1102 作为一个遥远的实验室来测试我们对引力的理解。