天文學(xué)家早就知道,銀河系里應(yīng)該散落著大量中子星——大質(zhì)量恒星爆炸后留下的致密殘骸。但問題是,絕大多數(shù)中子星根本看不見。一項(xiàng)新研究指出,NASA即將發(fā)射的南希·格蕾絲·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡(Nancy Grace Roman Space Telescope)或許能破解這個(gè)難題,用一套巧妙的方法把這些隱形天體找出來,甚至給它們稱重。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》期刊上。研究團(tuán)隊(duì)通過模擬銀河系結(jié)構(gòu)和羅曼望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力,發(fā)現(xiàn)這臺(tái)旗艦級(jí)觀測(cè)設(shè)備有望通過"引力微透鏡"效應(yīng),識(shí)別并刻畫數(shù)十顆孤立中子星。
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"大多數(shù)中子星本身相對(duì)暗淡,又孤零零地漂浮在太空中,"德國(guó)海德堡大學(xué)的Zofia Kaczmarek說,她是這項(xiàng)研究的主導(dǎo)者,"沒有某種輔助手段,它們極難被發(fā)現(xiàn)。"
中子星的密度極其驚人:把比太陽還重的物質(zhì)壓縮進(jìn)一座城市大小的球體里。研究它們有助于理解恒星的生命周期、死亡過程,以及重元素如何在宇宙中擴(kuò)散。更重要的是,中子星內(nèi)部的環(huán)境——極端的壓力和密度——在地球上根本無法復(fù)制。
然而,除非中子星是脈沖星(能發(fā)射射電波束)或者發(fā)出X射線,否則即使最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡也對(duì)它們束手無策。
羅曼望遠(yuǎn)鏡換了一種思路。當(dāng)一顆中子星從遙遠(yuǎn)的背景恒星前方經(jīng)過時(shí),其強(qiáng)大的引力會(huì)彎曲周圍的時(shí)空,使背景恒星的光線發(fā)生偏折。這種微透鏡效應(yīng)會(huì)讓背景恒星暫時(shí)變亮,同時(shí)在天空中的位置出現(xiàn)輕微偏移。
很多望遠(yuǎn)鏡都能捕捉到恒星變亮的過程,但羅曼望遠(yuǎn)鏡的獨(dú)特之處在于:它能同時(shí)以極高精度測(cè)量亮度變化(光度測(cè)量)和位置的微小偏移(天體測(cè)量)。
由于中子星質(zhì)量相對(duì)較大,它們產(chǎn)生的天體測(cè)量信號(hào)比輕質(zhì)量天體更顯著。這意味著羅曼望遠(yuǎn)鏡不僅能發(fā)現(xiàn)這些隱形天體,在某些情況下還能直接測(cè)定它們的質(zhì)量——而僅靠光度測(cè)量幾乎不可能做到這一點(diǎn)。
"用微透鏡方法最酷的地方在于可以直接測(cè)質(zhì)量,"論文合著者、勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Peter McGill解釋道,"光度測(cè)量能告訴你有東西從恒星前面經(jīng)過,但恒星位置偏移了多少,才能告訴你那個(gè)物體有多重。通過測(cè)量天空中那一點(diǎn)點(diǎn)偏折,我們就能直接給看不見的東西稱重。"
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