NASA新望遠(yuǎn)鏡要"稱"中子星：看不見的天體怎么稱重

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。

"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。"