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宇宙中有些天体不以庞大的体积震撼人心,而是以极端的运动与密度,展现出令人难以想像的天体现象。在遥远的宇宙中,有一颗脉冲星每秒自转超过716圈,赤道速度逼近光速的四分之一,另一颗则拥有太阳2.35倍的质量,身旁还有一颗不断遭受高能辐射侵蚀的微小伴星。
它们分别是PSR J1748−2446ad与PSR J0952−0607。前者以惊人的自转速度闻名,后者则以极高质量与特殊的双星关系受到关注。两个遥远的宇宙系统,呈现出中子星世界截然不同却同样极端的面貌。
每秒转动716圈
距离地球18000光年的球状星团Terzan 5,位于人马座方向。在这片遥远的星海中,藏着一颗自转速度极快的脉冲星,名为PSR J1748−2446ad。这颗天体的自转频率大约为每秒716.35次,换算成每分钟,竟然高达42981转。它完成一次自转只需要1.396毫秒,连眨眼的短暂时间,都足以让它旋转许多圈。
脉冲星是一种会发出规律脉冲讯号的天体。PSR J1748−2446ad的极端之处,正是它在如此短促的时间里,依然能维持高速旋转。这种运动速度,使它成为已知自转最快的脉冲星之一,并在相关纪录中位居首位。
赤道速度超过每秒7万公里
假设这颗中子星的质量小于太阳的两倍,其半径小于16公里。如此有限的尺度,却承载极高的质量,以惊人的速度旋转。
依据相关估算,PSR J1748−2446ad赤道处的线速度大约是光速的24%,每秒超过70000公里。这意味着,天体表面赤道附近的物质,正以极高速度绕着中心运动。它的体积与地球上的日常尺度相比极其微小,这种“小而极端”的特性,正是中子星最受人关注的特点之一。
26小时一圈的双星系统
PSR J1748−2446ad并非孤独存在,它位于一个双星系统中,伴星与它紧密相伴,两者的轨道周期大约为26小时,轨道形状高度接近圆形。这个系统会定期发生日食现象,食分约为40%。系统中的另一个天体质量至少是太阳的0.14倍,半径则为太阳的5至6倍。
研究团队曾推测,这颗伴星可能是一颗膨胀中的主序星,并可能仍在填充自身的洛希瓣。洛希瓣是双星系统中与天体引力作用相关的区域,当伴星膨胀至接近这个范围,可能与伴星系统中的物质转移过程有关。
此外,研究人员也曾指出,这颗脉冲星所产生的引力辐射,可能有机会被LIGO侦测。不过这属于当时提出的可能性,不等同于已经确认侦测到讯号。
重量惊人的中子星
另一个令人惊叹的宇宙天体,位于六分仪座方向,名为PSR J0952−0607。它距离地球的估计为3200至5700光年。这颗脉冲星的质量为太阳的2.35倍,是已知质量最大的中子星纪录保持者之一。如此巨大的质量集中在半径12公里的天体中,呈现出极端紧密的物质状态。
它的自转频率为每秒707.31次,一圈只需约1.414毫秒。以自转速度来看,它是已知第二快的脉冲星,也是银河系内自转最快的脉冲星。若以中子星半径10公里作为假设,其赤道切向速度可超过每秒44400公里,大约为光速的14%。
PSR J0952−0607因此同时具备两项惊人特征,极高的质量,以及毫秒级的高速自转。它并非单纯“沉重”的宇宙天体,而是一个在极小尺度内,集中了庞大质量并快速旋转的世界。
伴星正被高能辐射侵蚀
PSR J0952−0607还有一个特别之处,它属于黑寡妇脉冲星系统。
这类系统通常由一颗脉冲星与近距离伴星构成,伴星持续受到脉冲星强烈的高能粒子风与伽马射线辐射影响,物质逐渐流失,脉冲星则可能吸积伴星失去的部分物质。由于这种关系类似黑寡妇蜘蛛交配后对伴侣的捕食行为,因此得到这个形象的称呼。
PSR J0952−0607的伴星距离脉冲星大约160万公里,绕行一周只需6.42小时。这个轨道十分紧密,伴星很可能已经潮汐锁定,始终以同一面朝向脉冲星。伴星的质量仅为太阳的0.032倍,相当于34个木星质量。它可能曾经是一颗恒星,后来缩减至大型气态行星或褐矮星般的质量尺度。
一面被加热 一面相对寒冷
伴星长期受到脉冲星辐射照射,面向脉冲星的一侧温度可能达到6200 K,背向脉冲星的一侧则为3000 K。两侧温度差异十分显著,使伴星在绕行过程中呈现明显的亮度变化。它的半径还可能膨胀至自身洛希瓣的80%,并因为受热而发出明亮的热辐射。
这颗伴星的亮度变化幅度超过一个星等,反映出它的受照面与背照面之间,存在显著的光度差异。它不是一颗均匀发光、平静运行的小天体,而是在强烈辐射下,呈现出两侧温度悬殊的特殊状态。
质量从何而来?脉冲星与伴星的物质关系
PSR J0952−0607的高质量,也与它的双星关系密切相关。
相关研究推测,这颗脉冲星可能透过吸积伴星流失的物质,取得大部分质量,估计吸积量可达一个太阳质量。伴星不只是绕行在旁的天体,也可能是脉冲星质量增长的重要来源。伴星在高能辐射与引力作用下持续失去物质,而脉冲星可能吸收其中一部分。这种紧密相伴、物质流失与吸积并存的关系,让黑寡妇系统成为极具特色的双星奇观。
PSR J0952−0607的表面磁场也相当微弱。依据自转减速率的测量,其磁场强度大约为6.1×10⁷高斯,远低于一般脉冲星常见的磁场量级。它以极高质量与高速旋转著称,却同时具有相对弱的表面磁场,呈现出不同特性并存的特殊面貌。
两颗脉冲星 两种极端宇宙景象
PSR J1748−2446ad与PSR J0952−0607,分别以自转速度与质量展现出中子星的极端特性。
前者每秒旋转716圈,赤道速度超过每秒7万公里,并与伴星构成周期26小时的双星系统;后者质量为太阳的2.35倍,自转速度每秒707圈,身旁还有一颗遭受强烈辐射、两侧温度悬殊的伴星。
它们距离地球遥远,却让人看见宇宙中一些难以用过往经验理解的景象,微小天体能以极高速度旋转,紧密双星能让伴星长期承受强烈辐射,而巨大的质量也能集中在极有限的空间里。这些脉冲星不以明亮外观吸引目光,而是以速度、密度与双星关系,展现出宇宙环境中的极端奇观。