中子星周圍的時空扭曲

胡德良/譯

中子星是宇宙中密度最大的可觀測物體。近日，科學家們在中子星周圍發(fā)現(xiàn)了愛因斯坦所預測的時空扭曲。

密歇根大學和美國國家航空航天管理局(NASA)的天文學家們說，這種扭曲表現(xiàn)為中子星周圍含鐵氣體快速旋轉(zhuǎn)所造成的模糊線路。這個發(fā)現(xiàn)可以用來測定中子星的體積限度。

研究小組成員、美國國家航空航天管理局戈達德太空飛行中心的蘇迪普·班特查里亞指出：在黑洞周圍、甚至在地球周圍也曾發(fā)現(xiàn)同樣的扭曲，所以說這個發(fā)現(xiàn)可能并不那么令人吃驚，但是對于解決最基本的物理問題具有重大的意義。班特查里亞說：“這是基礎物理學問題。在中子星的核心可能存在怪異的粒子或奇特的物質(zhì)狀態(tài)，如由夸克構成的物質(zhì)。但在實驗室是不可能制造出這些物質(zhì)的，所以如果想搞明白，唯一的辦法就是要了解中子星?！?/p>

中子星可以將質(zhì)量相當于不下一顆恒星的物質(zhì)包容在一座城市大小的球體中，幾茶杯中子星上的物質(zhì)重量就會超過珠穆朗瑪峰!天文學家們將這些坍縮的恒星當作天然實驗室，來研究在大自然可提供的極度壓力下，物質(zhì)可以達到多大的密度。

科學家們要想揭開這些垂死恒星的內(nèi)部之謎，首先必須精確地測量它們的直徑和質(zhì)量。

在同時進行的兩項研究中，天文學家們利用歐洲航天局的XMM-牛頓X射線望遠鏡和日本與美國合作制造的“朱雀號”X射線望遠鏡觀測了3對中子雙星：巨蛇座X-1、GX349+2和4U1820-30。他們還研究了緊靠在中子星表面外側的高溫鐵原子光譜線。這些鐵原子在一個圓盤中旋轉(zhuǎn)，速度高達光速的40%。

通常，所測得的超高溫鐵原子光譜線會顯示出一個均勻的尖頂。然而，此處的結果是顯示了一個歪斜的尖頂，這表明是由于相對論效應所造成的扭曲。研究人員指出，氣體的超高速運動，外加上述的強大引力，使得旋轉(zhuǎn)線路模糊不清，并使其波長變得更長。

這些測量方法能夠使研究人員確定中子星的最大體積。XMM-牛頓研究小組成員、密歇根大學的愛德華·卡克特說：“我們觀察到氣體緊靠在中子星表面的外側旋轉(zhuǎn)。很明顯，由于圓盤內(nèi)側旋轉(zhuǎn)時靠得再近也無法進入中子星內(nèi)層，這樣這些測量使我們獲得了中子星的最大直徑。”他指出，這些中子星的直徑不可能超過20.5英里(33公里)。