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宇宙中有些天體不以龐大的體積震撼人心,而是以極端的運動與密度,展現出令人難以想像的天體現象。在遙遠的宇宙中,有一顆脈衝星每秒自轉超過716圈,赤道速度逼近光速的四分之一,另一顆則擁有太陽2.35倍的質量,身旁還有一顆不斷遭受高能輻射侵蝕的微小伴星。
它們分別是PSR J1748−2446ad與PSR J0952−0607。前者以驚人的自轉速度聞名,後者則以極高質量與特殊的雙星關係受到關注。兩個遙遠的宇宙系統,呈現出中子星世界截然不同卻同樣極端的面貌。
每秒轉動716圈
距離地球18000光年的球狀星團Terzan 5,位於人馬座方向。在這片遙遠的星海中,藏著一顆自轉速度極快的脈衝星,名為PSR J1748−2446ad。這顆天體的自轉頻率大約為每秒716.35次,換算成每分鐘,竟然高達42981轉。它完成一次自轉只需要1.396毫秒,連眨眼的短暫時間,都足以讓它旋轉許多圈。
脈衝星是一種會發出規律脈衝訊號的天體。PSR J1748−2446ad的極端之處,正是它在如此短促的時間裡,依然能維持高速旋轉。這種運動速度,使它成為已知自轉最快的脈衝星之一,並在相關紀錄中位居首位。
赤道速度超過每秒7萬公里
假設這顆中子星的質量小於太陽的兩倍,其半徑小於16公里。如此有限的尺度,卻承載極高的質量,以驚人的速度旋轉。
依據相關估算,PSR J1748−2446ad赤道處的線速度大約是光速的24%,每秒超過70000公里。這意味著,天體表面赤道附近的物質,正以極高速度繞著中心運動。它的體積與地球上的日常尺度相比極其微小,這種「小而極端」的特性,正是中子星最受人關注的特點之一。
26小時一圈的雙星系統
PSR J1748−2446ad並非孤獨存在,它位於一個雙星系統中,伴星與它緊密相伴,兩者的軌道週期大約為26小時,軌道形狀高度接近圓形。這個系統會定期發生日食現象,食分約為40%。系統中的另一個天體質量至少是太陽的0.14倍,半徑則為太陽的5至6倍。
研究團隊曾推測,這顆伴星可能是一顆膨脹中的主序星,並可能仍在填充自身的洛希瓣。洛希瓣是雙星系統中與天體引力作用相關的區域,當伴星膨脹至接近這個範圍,可能與伴星系統中的物質轉移過程有關。
此外,研究人員也曾指出,這顆脈衝星所產生的引力輻射,可能有機會被LIGO偵測。不過這屬於當時提出的可能性,不等同於已經確認偵測到訊號。
重量驚人的中子星
另一個令人驚嘆的宇宙天體,位於六分儀座方向,名為PSR J0952−0607。它距離地球的估計為3200至5700光年。這顆脈衝星的質量為太陽的2.35倍,是已知質量最大的中子星紀錄保持者之一。如此巨大的質量集中在半徑12公里的天體中,呈現出極端緊密的物質狀態。
它的自轉頻率為每秒707.31次,一圈只需約1.414毫秒。以自轉速度來看,它是已知第二快的脈衝星,也是銀河系內自轉最快的脈衝星。若以中子星半徑10公里作為假設,其赤道切向速度可超過每秒44400公里,大約為光速的14%。
PSR J0952−0607因此同時具備兩項驚人特徵,極高的質量,以及毫秒級的高速自轉。它並非單純「沉重」的宇宙天體,而是一個在極小尺度內,集中了龐大質量並快速旋轉的世界。
伴星正被高能輻射侵蝕
PSR J0952−0607還有一個特別之處,它屬於黑寡婦脈衝星系統。
這類系統通常由一顆脈衝星與近距離伴星構成,伴星持續受到脈衝星強烈的高能粒子風與伽馬射線輻射影響,物質逐漸流失,脈衝星則可能吸積伴星失去的部分物質。由於這種關係類似黑寡婦蜘蛛交配後對伴侶的捕食行為,因此得到這個形象的稱呼。
PSR J0952−0607的伴星距離脈衝星大約160萬公里,繞行一周只需6.42小時。這個軌道十分緊密,伴星很可能已經潮汐鎖定,始終以同一面朝向脈衝星。伴星的質量僅為太陽的0.032倍,相當於34個木星質量。它可能曾經是一顆恆星,後來縮減至大型氣態行星或褐矮星般的質量尺度。
一面被加熱 一面相對寒冷
伴星長期受到脈衝星輻射照射,面向脈衝星的一側溫度可能達到6200 K,背向脈衝星的一側則為3000 K。兩側溫度差異十分顯著,使伴星在繞行過程中呈現明顯的亮度變化。它的半徑還可能膨脹至自身洛希瓣的80%,並因為受熱而發出明亮的熱輻射。
這顆伴星的亮度變化幅度超過一個星等,反映出它的受照面與背照面之間,存在顯著的光度差異。它不是一顆均勻發光、平靜運行的小天體,而是在強烈輻射下,呈現出兩側溫度懸殊的特殊狀態。
質量從何而來?脈衝星與伴星的物質關係
PSR J0952−0607的高質量,也與它的雙星關係密切相關。
相關研究推測,這顆脈衝星可能透過吸積伴星流失的物質,取得大部分質量,估計吸積量可達一個太陽質量。伴星不只是繞行在旁的天體,也可能是脈衝星質量增長的重要來源。伴星在高能輻射與引力作用下持續失去物質,而脈衝星可能吸收其中一部分。這種緊密相伴、物質流失與吸積並存的關係,讓黑寡婦系統成為極具特色的雙星奇觀。
PSR J0952−0607的表面磁場也相當微弱。依據自轉減速率的測量,其磁場強度大約為6.1×10⁷高斯,遠低於一般脈衝星常見的磁場量級。它以極高質量與高速旋轉著稱,卻同時具有相對弱的表面磁場,呈現出不同特性並存的特殊面貌。
兩顆脈衝星 兩種極端宇宙景象
PSR J1748−2446ad與PSR J0952−0607,分別以自轉速度與質量展現出中子星的極端特性。
前者每秒旋轉716圈,赤道速度超過每秒7萬公里,並與伴星構成週期26小時的雙星系統;後者質量為太陽的2.35倍,自轉速度每秒707圈,身旁還有一顆遭受強烈輻射、兩側溫度懸殊的伴星。
它們距離地球遙遠,卻讓人看見宇宙中一些難以用過往經驗理解的景象,微小天體能以極高速度旋轉,緊密雙星能讓伴星長期承受強烈輻射,而巨大的質量也能集中在極有限的空間裡。這些脈衝星不以明亮外觀吸引目光,而是以速度、密度與雙星關係,展現出宇宙環境中的極端奇觀。