当恒星结束主序星阶段,将不再产生能量,随之迈入死亡。死亡的恒星根据残留的质量决定其命运,依照质量高低可能形成黑洞、中子星或白矮星。
黑洞与中子星有理论形成的分界,但因此时物质处于极端高能状态,中子星的质量上限一直是科学家讨论的议题。一般认为,对不旋转的中子星,质量上限约太阳质量2~3倍,但准确值取决于中子星内部物质的未知形态。
再好的理论都需要观测来佐证。近年科学家尝试用重力波观测来研究中子星的质量上限,特别是这两个事件:
- GW190814:一个超过20倍太阳质量的黑洞与一个2.5~2.7倍太阳质量的天体整合。科学家不知道较小的天体是黑洞还是中子星。如果是不旋转的中子星,意味着中子星质量的上限高于2.5倍太阳质量。
因此德国物理学家Antonios Nathanail领导的团队,最近分析这些整合事件对中子星质量极限描述的差异。
Nathanail及合作者使用“基因算法”分析,确定哪些质量极限的模型与GW170817和GW190814的重力波和电磁辐射观测、数值模拟的整合事件相一致。
研究发现,如果中子星质量极限定在2.5倍太阳质量,则与GW170817的观测结果或数值模拟的事件不符。但如果质量极限定在2.2倍太阳质量,则能匹配GW170817的观测结果与数值模拟的事件。
基因算法(蓝)与GW170817(紫)的几率密度函数。质量上限定为2.2倍太阳质量时与观测结果有可信的匹配。 (Source:AAS NOVA)
也就是说,根据研究人员的分析,GW190814很可能就是两个质量不同的黑洞整合,也再次定调中子星(无自转)质量上限约2.2倍太阳质量。