【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(jìn)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(xué)家和核物理學(xué)家共同關(guān)注的問(wèn)題，但地球上無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和解決。過(guò)去幾十年來(lái)，他們已經(jīng)提出了形形色色的理論和模型，這些理論預(yù)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(cè)的鑒別。
中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)天體物理研究室研究員余文飛帶領(lǐng)的高能觀測(cè)團(tuán)隊(duì)提出了利用毫赫茲準(zhǔn)周期振蕩給出中子星半徑下限的方法，并應(yīng)用該方法給出一個(gè)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(lái)使用下一代X射線時(shí)變觀測(cè)衛(wèi)星測(cè)量更加緊致的中子星半徑開(kāi)辟了新視角。該論文已被《天體物理學(xué)報(bào)》（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(guò)空間X射線天文觀測(cè)進(jìn)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(jì)中子星通過(guò)吸積物質(zhì)所能達(dá)到的高光度——愛(ài)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(zhǔn)周期振蕩調(diào)制信號(hào)，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(dòng)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(shí)變探索衛(wèi)星項(xiàng)目有關(guān)超密物質(zhì)物態(tài)的主要科學(xué)目標(biāo)。
該研究工作提出并應(yīng)用了新的測(cè)量方法。“實(shí)際上，2014年初，我們就獲得了初步結(jié)果。當(dāng)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，毫赫茲準(zhǔn)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(dǎo)，這就為接下來(lái)的工作提供了依據(jù)——基于對(duì)脈沖輪廓的能譜測(cè)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(guó)馬普地外物理所和意大利天文臺(tái)從事博士前和博士后研究，于2013至2015年在上海天文臺(tái)同余文飛合作從事博士后研究，曾獲中科院人才計(jì)劃和基金委有關(guān)課題資助，現(xiàn)為中國(guó)臺(tái)灣清華大學(xué)研究人員。
2014年初，他在余文飛的指導(dǎo)下開(kāi)始了其個(gè)針對(duì)中子星雙星的X射線時(shí)變研究工作，研究對(duì)象迅速瞄準(zhǔn)了這類毫赫茲準(zhǔn)周期振蕩。“X射線毫赫茲準(zhǔn)周期振蕩是我的一個(gè)心結(jié)。”余文飛說(shuō)道。中子星小質(zhì)量X射線雙星中的毫赫茲準(zhǔn)周期振蕩2001年由馬普天文所博士Sunyaev的團(tuán)隊(duì)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(shí)變觀測(cè)證據(jù)，表明該振蕩信號(hào)的X射線輻射來(lái)自吸積盤內(nèi)邊緣之內(nèi)，支持這類毫赫茲準(zhǔn)周期振蕩來(lái)自中子星表面吸積物質(zhì)的核燃燒過(guò)程。”“利用歐洲XMM-NEWTON衛(wèi)星的X射線觀測(cè)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(shí)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(shuō)。
該工作為將來(lái)使用下一代X射線時(shí)變探測(cè)衛(wèi)星給出緊致的中子星半徑下限開(kāi)辟了視角。今年我國(guó)即將發(fā)射的硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（HXMT）、明年上天的美國(guó)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(shí)變探測(cè)天文衛(wèi)星如歐洲大面積時(shí)變天文臺(tái)(LOFT)或中歐合作的擴(kuò)展X射線時(shí)變和偏振設(shè)備（eXTP），都可以將這種毫赫茲準(zhǔn)周期振蕩光變現(xiàn)象作為研究對(duì)象之一，幫助揭開(kāi)中子星物態(tài)的奧秘。據(jù)悉，余文飛團(tuán)隊(duì)提出的這個(gè)科學(xué)目標(biāo)將被列入中歐合作eXTP衛(wèi)星“超密物質(zhì)”科學(xué)白皮書內(nèi)容。
?。ㄔ瓨?biāo)題：上海天文臺(tái)提出X射線雙星中的中子星半徑下限）
