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我们的太阳,直径有139.2万公里,质量约为2000亿亿亿吨,是太阳系内最巨大的天体。

而在宇宙中,还有一些非常奇怪的天体,它们的质量和体积,都非常离奇,和我们平时见到的物质完全不一样。最近,科学家们就发现了一颗神奇的天体,它的质量比太阳还大,体积却非常小,令人啧啧称奇。

(图片说明:一颗比地球直径小得多的白矮星)

这颗天体,就是致密星的一种——白矮星。

白矮星是恒星死亡后留下的一种残骸,通常来说,质量不足太阳8倍的恒星,死亡之后就会变成白矮星。这些恒星在进入到演化末期后,外壳会向外扩散,内核则开始进行氦的聚变,最终就会坍缩为高密度的白矮星。这些天体密度非常大,每立方厘米就超过了1吨,因此体积也比较小,通常和一颗行星差不多大,甚至还要更小。

这次被发现的神奇的白矮星,名字叫做ZTF J1901+1458,距离我们大约130光年。它是我们见过质量最大的白矮星,达到了太阳的1.35倍。它也可能是整个宇宙中最重的白矮星之一了,因为当它质量再大一点点,达到太阳的1.4倍——也就是钱德拉塞卡极限——的时候,它就会坍缩为另一种致密星——中子星。

质量是太阳的1.35倍,体积却和月亮差不多,科学家发现了神奇天体

(图片说明:这颗白矮星只比月球大一点)

然而,就是这颗质量最大的白矮星,体积反而小得出奇。观测结果表明,它的直径只有大约4280公里,比太阳系最小的行星水星还要小,比地球的卫星月球也大不了多少。想一想,一颗和月球差不多大的天体,竟然比太阳还要重,的确是非常神奇!

加州理工学院的理论天体物理学家Ilaria Caiazzo介绍说:“我们观测到了这颗非常有趣的天体,它的质量还不足以引起爆发。我们现在正在研究的,就是一颗白矮星到底可以有多大的质量。”

虽说天体物理学家钱德拉塞卡已经计算出了1.4倍太阳质量的临界值,但这个数字仍然有待于科学家们的观测结果来佐证。

质量是太阳的1.35倍,体积却和月亮差不多,科学家发现了神奇天体

一旦一颗白矮星超过了钱德拉塞卡极限,它的巨大压力就会突破电子简并压力的作用,将电子压缩到质子之中,二者结合为中子,形成一颗中子星。

中子星是一种比白矮星更加恐怖的致密星,除了从白矮星形成之外,也可以通过大质量恒星的超新星爆发直接形成,这要求其质量要达到太阳的8-30倍。和白矮星相比,中子星的密度更加惊人,每立方厘米可以超过1亿吨!它之所以有如此巨大的密度,就在于所有的电子都被压进了原子核,释放了绝大部分空白的空间。

质量是太阳的1.35倍,体积却和月亮差不多,科学家发现了神奇天体

(图片说明:中子星比白矮星更加恐怖)

但是,这种电子简并压力非常巨大,的确非常难以突破。其根源就来自于泡利不相容原理,两个相同的半整数自旋费米子不能占据相同的量子态,这就会产生巨大的向外对抗压力的力。只有当恒星内核质量巨大到超过了太阳的1.4倍,才会超过这个力,形成中子星。

而ZTF J1901+1458的质量为太阳的1.35倍,可以说已经达到了临界值,非常有可能会突破界限,坍缩成中子星,这也是它备受科学家关注的原因之一。

除了这个原因之外,还有另外一个特点,让它显得十分特别。

质量是太阳的1.35倍,体积却和月亮差不多,科学家发现了神奇天体

(图片说明:白矮星可以吞噬伴星的物质)

在宇宙中,大量的白矮星都位于双星系统中。也就是说,这些白矮星的周围,还有其他的恒星存在。当这两颗天体距离足够近时,白矮星就会利用自己强大的引力将伴星的物质吸收到自己身上,从而不断提升自己的质量。在这种情况下,虽然已经是死亡恒星了,白矮星还是能够再次“死亡”,在触及钱德拉塞卡极限时爆发为Ia型超新星,同时坍缩为中子星。

对于ZTF J1901+1458来说,情况就有点不一样了。

研究人员分析后认为,这颗白矮星未必是由一颗恒星直接形成的,而是由两颗白矮星合并而成的。也就是说,这里原本的确有个双星系统,而且两颗都是白矮星。它们在引力的作用下发生碰撞,发生了合并事件。他们的进一步研究表明,这次剧烈的碰撞事件,发生在不到1亿年前。

质量是太阳的1.35倍,体积却和月亮差不多,科学家发现了神奇天体

(图片说明:两颗白矮星可以碰撞形成Ia型超新星)

它的磁场也非常强大,是太阳的10亿倍左右;自转速度也非常惊人,每7分钟就能自转一圈,虽然不是迄今为止自转最快的白矮星,但也相当引人关注了。这些现象,都是它经历过合并的潜在证据。可是,即使是两颗白矮星加在一起,质量也不足太阳的1.4倍,所以合并之后依然是白矮星。

Caiazzo继续介绍说:“这在很大程度上都是来自于推测的,或许这颗白矮星的质量已经足以进一步坍缩形成中子星了。”

如果它真的形成了中子星,那么就意味着我们观测到了一种新的低质量中子星形成途径。

质量是太阳的1.35倍,体积却和月亮差不多,科学家发现了神奇天体

ZTF J1901+1458这种处于临界边缘的天体,对于科学家来说是非常重要的观测对象,可以让我们了解到更多类型的中子星或白矮星。

Caiazzo说:“目前还有太多的问题悬而未决,比如说银河系中白矮星合并的频率是多少以及它们能够解释Ia型超新星的数量?这样的剧烈事件是如何创造出磁场以及白矮星之间的磁场为何有如此巨大的差异?如果能够找到大量通过合并形成的白矮星,将会对我们回答这些甚至更多问题有极大的帮助。”

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