赵磊团队用了4年时间,用美国绿岸望远镜和欧洲甚长基线干涉仪(VLBI)追踪这对“双星系统”的轨道:记录脉冲信号的到达时间,分析白矮星绕中子星旋转时的引力扰动。2021年,他们终于算出精确结果:中子星质量2.14倍太阳,白矮星质量0.26倍太阳,两者绕共同质心旋转的周期仅4.77小时(比地球自转还快5倍)。
“这就像用两根头发丝吊起一辆汽车,还要测出汽车的重量。”赵磊形容这项工作的难度。为了排除干扰,团队甚至要考虑地球大气层的波动、太阳风的扰动,甚至银河系其他天体的引力影响。最终的数据精度达到0.0001倍太阳质量——相当于测出一枚硬币的重量,误差不超过一根睫毛。
四、中子星的“内部结构”:从“原子核汤”到“夸克糊”
PSR J0740+6620的极端质量,迫使我们思考:它内部到底是什么?
普通物质由原子构成,原子由原子核(质子和中子)和电子构成。但在中子星内部,引力把原子压碎了——电子被挤进原子核,和质子结合成中子,形成“中子简并态”,像一锅“原子核汤”。但这只是表层。随着深度增加,压力会突破中子简并压的极限,中子可能被进一步压碎成更小的粒子:夸克。
科学家推测,PSR J0740+6620的核心可能是“夸克物质”——一种由自由夸克(上夸克、下夸克)构成的“宇宙糊”,密度比普通中子星高10倍。“这就像把中子星再压缩一次,变成‘夸克星’。”赵磊解释,“如果能证明这一点,就能改写粒子物理的标准模型。”
这颗星的重要性正在于此:它是“临界点的见证者”。如果它的质量接近理论上限却仍未坍缩成黑洞,说明中子简并压比我们想象的更强;如果它内部真的是夸克物质,就证明宇宙中存在“夸克星”这种未知天体。“它像一把钥匙,能打开极端物质状态的大门。”
五、观测的挑战:在“宇宙噪声”中捕捉“心跳”
研究PSR J0740+6620,就像在嘈杂的菜市场里听清一根绣花针落地的声音。它的脉冲信号虽然规律,但强度极弱——到达地球时,功率仅相当于手机信号的百万分之一。
赵磊团队曾在2022年遭遇一次“危机”:天山观测站的射电望远镜天线因暴风雪受损,脉冲信号中断了3个月。“那段时间,我们像丢了魂一样。”团队成员小王回忆,“每天盯着备用数据,生怕错过任何异常。”后来,他们紧急调用了美国GBT望远镜的观测数据,才勉强维持追踪。
更棘手的是“星际散射”——脉冲信号穿过星际空间时,会被稀薄的气体云折射,导致信号变形。赵磊用“透过毛玻璃看灯泡”比喻这种现象:“原本清晰的脉冲波形,会变得模糊扭曲,像被‘磨皮’了一样。”为了还原真实信号,团队开发了“自适应滤波算法”,像给信号“戴眼镜”,一点点矫正失真。
即便如此,PSR J0740+6620仍有许多谜团:它的磁场强度是多少?(普通脉冲星磁场是地球的万亿倍,它可能更强)表面温度有多高?(估计超过100万摄氏度,比太阳表面热100倍)是否有“山脉”或“峡谷”?(微小的表面起伏会导致脉冲信号的微小变化)这些问题,都需要下一代望远镜(如SKA平方千米阵列)来解答。
六、4600光年的“时空对话”:人类与极端宇宙的握手
对赵磊来说,PSR J0740+6620不仅是一颗星,更是人类与极端宇宙的“握手”。每次观测它,他都想起第一次在课本上看到中子星图片时的震撼:那么小的体积,却能装下2倍太阳的质量,像宇宙开的“物理玩笑”。
“我们研究它,其实是在问:宇宙允许物质存在的最大密度是多少?”赵磊在科普讲座上说,“这个问题关系到黑洞的形成、中子星的本质,甚至宇宙大爆炸初期的物质状态。”2023年,他和团队用这颗星的数据模拟了“夸克星”的稳定性,发现如果核心真的是夸克物质,它的寿命可能比普通中子星长10倍——这或许解释了为什么宇宙中没发现更多黑洞。
4600光年的距离,让PSR J0740+6620成了“安全的实验室”。它不会像黑洞那样吞噬一切,也不会像超新星那样爆发毁灭周围天体,只是静静地旋转,用脉冲信号诉说极端物理的秘密。“它像一位沉默的老师,”赵磊说,“用自身的存在告诉我们:宇宙的物理法则,远比教科书上写的更奇妙。”
此刻,天山观测站的射电望远镜仍在转动,捕捉着PSR J0740+6620的脉冲信号。那0.0016秒一次的“心跳”,穿越4600年时空,抵达地球,像宇宙在对人类说:“看,这就是我能创造的极限。”
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