【儀表網(wǎng) 儀表下游】中子星是除黑洞之外密度大的星體。大質(zhì)量恒星在演化晚期以超新星爆炸的形式告別世界，殘余的核心不斷塌縮，使得后電子被壓縮進原子核，與質(zhì)子中和成中子，使原子僅由中子構(gòu)成，整顆星也因此被稱為中子星。中子星內(nèi)超致密物質(zhì)的物態(tài)究竟如何，這是天體物理學家和核物理學家共同關(guān)注的問題，但地球上無法通過實驗研究和解決。過去幾十年來，他們已經(jīng)提出了形形色色的理論和模型，這些理論預言通常體現(xiàn)為不同的中子星質(zhì)量-半徑關(guān)系，期待著天文觀測的鑒別。
中國科學院上海天文臺天體物理研究室研究員余文飛帶領(lǐng)的高能觀測團隊提出了利用毫赫茲準周期振蕩給出中子星半徑下限的方法，并應用該方法給出一個中子星小質(zhì)量X射線雙星4U1636-53中的中子星半徑大于11公里的限制。該工作為將來使用下一代X射線時變觀測衛(wèi)星測量更加緊致的中子星半徑開辟了新視角。該論文已被《天體物理學報》（ApJ）接收發(fā)表。
據(jù)余文飛介紹，X射線雙星中的中子星質(zhì)量-半徑關(guān)系可以通過空間X射線天文觀測進行限制，已知主要有三種方法：（1）利用中子星的一類光球半徑膨脹熱核爆估計中子星通過吸積物質(zhì)所能達到的高光度——愛丁頓光度，從而限制中子星的質(zhì)量；（2) 利用中子星小質(zhì)量X射線雙星中的X射線流量上的千赫茲準周期振蕩調(diào)制信號，限制中子星質(zhì)量-半徑關(guān)系；（3）利用吸積或熱核燃燒驅(qū)動的X射線毫秒脈沖星脈沖輪廓，限制中子星的質(zhì)量-半徑關(guān)系。這幾種方法構(gòu)成下一代X射線時變探索衛(wèi)星項目有關(guān)超密物質(zhì)物態(tài)的主要科學目標。
該研究工作提出并應用了新的測量方法。“實際上，2014年初，我們就獲得了初步結(jié)果。當時，我們發(fā)現(xiàn)，毫赫茲準周期振蕩脈沖主要由黑體輻射區(qū)的輻射面積變化所主導，這就為接下來的工作提供了依據(jù)——基于對脈沖輪廓的能譜測量限制輻射區(qū)大小。”論文作者德籍博士Holger Stiele介紹道。他曾在德國馬普地外物理所和意大利天文臺從事博士前和博士后研究，于2013至2015年在上海天文臺同余文飛合作從事博士后研究，曾獲中科院人才計劃和基金委有關(guān)課題資助，現(xiàn)為中國臺灣清華大學研究人員。
2014年初，他在余文飛的指導下開始了其個針對中子星雙星的X射線時變研究工作，研究對象迅速瞄準了這類毫赫茲準周期振蕩。“X射線毫赫茲準周期振蕩是我的一個心結(jié)。”余文飛說道。中子星小質(zhì)量X射線雙星中的毫赫茲準周期振蕩2001年由馬普天文所博士Sunyaev的團隊發(fā)現(xiàn)。由于這類振蕩具有黑體譜的輻射性質(zhì)，初被懷疑是中子星表面一種特殊的核燃燒現(xiàn)象或者產(chǎn)生于某種吸積盤中的不穩(wěn)定性。余文飛介紹：“很快我們發(fā)現(xiàn)時變觀測證據(jù)，表明該振蕩信號的X射線輻射來自吸積盤內(nèi)邊緣之內(nèi)，支持這類毫赫茲準周期振蕩來自中子星表面吸積物質(zhì)的核燃燒過程。”“利用歐洲XMM-NEWTON衛(wèi)星的X射線觀測數(shù)據(jù)，我們把雙星4U1636-53中的中子星半徑限制在11公里以上，實際上排除了半徑小于約10公里的極軟中子星物態(tài)方程”，Stiele說。
該工作為將來使用下一代X射線時變探測衛(wèi)星給出緊致的中子星半徑下限開辟了視角。今年我國即將發(fā)射的硬X射線調(diào)制望遠鏡（HXMT）、明年上天的美國中子星內(nèi)部構(gòu)成探索者（NICER）、以及在研的下一代X射線時變探測天文衛(wèi)星如歐洲大面積時變天文臺(LOFT)或中歐合作的擴展X射線時變和偏振設備（eXTP），都可以將這種毫赫茲準周期振蕩光變現(xiàn)象作為研究對象之一，幫助揭開中子星物態(tài)的奧秘。據(jù)悉，余文飛團隊提出的這個科學目標將被列入中歐合作eXTP衛(wèi)星“超密物質(zhì)”科學白皮書內(nèi)容。
（原標題：上海天文臺提出X射線雙星中的中子星半徑下限）
