重力波事件讓研究人員推論中子星質量上限

天文物理學家一直在考慮，到底中子星質量上限是多少？使它們才不會在其自身重力作用下塌陷形成黑洞。四月個不同的研究小組根據去年兩顆中子星合併的重力波與光學共同觀測結果，認為中子星的最大質量上約為太陽的2.2倍。

恆星有三種死亡結果: 小質量的恆星會成白矮星，即與地球大小相近的碳球。大質量恆星在經過超新星爆炸後，核心會坍塌成微小的黑洞。若中等質量恆星（8到25個太陽質量）死亡時也會爆炸，但留下一個直徑約幾十公里，幾乎是純中子組成非常緻密的中子星。

去年美國和意大利的重力波探測器，觀測一對中子雙星彼此盤旋所產生的空間漣漪。此重力波讓物理學家定出為2.73太陽質量，兩秒鐘後太空望遠鏡也探測到一個強大而短暫的伽馬射線爆發，隨後地面天文台也觀察到事件的餘輝，其閃光從淺藍色到暗紅色逐漸消失。

這些線索共同顯示，中子雙星合併先產生了一顆暫時由離心力所支撐，高速旋轉的超重中子星。而從光學餘輝顯示，此事件將0.1至0.2太陽質量新形成的放射性元素拋到太空，超過了理論上能從黑洞邊緣逃脫的量。初始的餘暉為藍色，顯示它缺少鑭系元素，由於微中子會減緩這些元素的形成，而中子星形成時會輻射出大量的微中子， 因此顯示合併後的中子星在數秒內就崩潰成黑洞。

為了推論中子星的質量極限，這些團隊深入研究旋轉中子星的細節。他們認為，合併初期的中子星其外層可能比其中心快，然後它將物質拋出並放慢形成剛性的旋轉體，研究人員可以從原始中子星的質量減去拋出的物質來計算其合併後質量，而這個新中子星只能存活瞬間，表明這質量已經接近上限。理論上認為，一個剛性旋轉的中子星的質量，可以超過靜止中子星的質量達18％，因此研究人員可推穩定的中子星的最大質量約為太陽的2.2倍。

【圖：華威大學；文：節錄自台北天文館之網路天文館網頁】