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現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，這種扭曲表現為中子星周圍含鐵氣體快速旋轉所造成的模糊線路。這個發現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現同樣的扭曲，所以說這個發現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狀態，如由夸克構成的物質。但在實驗室是不可能制造出這些物質的，所以如果想搞明白，唯一的辦法就是要了解中子星。”

中子星可以將質量相當于不下一顆恒星的物質包容在一座城市大小的球體中，幾茶杯中子星上的物質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部之謎，首先必須精確地測量它們的直徑和質量。

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，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。很明顯，由于圓盤內側旋轉時靠得再近也無法進入中子星內層，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)。