多管齊下揭示奧秘，中子星物理學的黃金時代已經到來

NICER管窺中子星

據張承民介紹，為揭示中子星的秘密，科學家發射了NICER空間探測器。NICER耗資6200萬美元，於2017年升空，安裝於國際空間站上，主要目標是收集脈衝星（旋轉中子星）發出的X射線，這些X射線源於脈衝星表面溫度高達數百萬度的熱點。

圖片說明：NICER 圖片來源：英國《自然》雜誌網站

《自然》雜誌的報道指出，NICER觀測結果和其他觀測結果使天體物理學家能確定中子星的質量和半徑，而這兩個屬性可以幫助確定中子星內核正在上演什麼故事。

NICER的首個目標是編號J0030 + 0451的脈衝星，初步觀測結果表明，這顆「孤獨」脈衝星的質量是太陽質量的1.3或1.4倍，半徑約為13公里。NICER將繼續對其展開觀測，進一步提高測量其半徑的精度。

NICER團隊希望未來兩、三年能使用NICER計算出另外六個目標的質量和半徑，並將其半徑的精度限制在0.5公里以內。在此精度下，研究人員可以驗證所謂的中子星物質狀態方程，該方程描述了中子星的質量與半徑（或內部壓力與密度）的關係。

此外，他們還計劃未來至少研究幾顆大質量脈衝星，包括目前最大質量中子星記錄保持者：一個質量為2.14倍太陽的中子星，這將使他們探究出中子星的質量上限，即中子星坍塌成黑洞的臨界點。

多管齊下揭示秘密

儘管在觀測中子星方面，NICER目前一馬當先，但它並非唯一深入探究脈衝星「內心」的設備。

2017年，美國激光干涉儀引力波天文台（LIGO）與歐洲的「室女座」（Virgo）探測器攜手，觀測到兩顆彼此併合的中子星產生的引力波，其中包含有關中子星大小和結構的信息。無獨有偶，2019年4月，LIGO觀測到第二次中子星並和事件。但當前設備無法觀測到並和最後一刻的情況，那時兩顆中子星的扭曲最大，相關數據能清楚揭示中子星的內部情況。

《自然》雜誌稱，日本的「神岡」引力波探測器將於今年晚些時候投入使用；印度的引力波觀測天文台也將於2024年啟動，這些設施與LIGO和Virgo強強聯手，將提高觀測靈敏度，並有可能捕獲中子星並和最後時刻的細節。

據張承民介紹，放眼未來，一些儀器設備已列入計劃，它們或許可以開展NICER和目前的引力波觀測站無法進行的觀測活動。例如，中國和歐洲預計將於2027年發射「增強型X射線時變與偏振空間天文台」（eXTP）衛星，研究單獨中子星及雙星中子星，幫助確定它們的狀態方程。另外，「寬頻能量X射線光譜時間分辨天文台」（STROBE-X）將使用NICER的熱點技術，以更高精度確定至少20個中子星的質量和半徑，這一天文台擬於本世紀30年代發射。

張承民說：「過去科學家在光子的視線下觀察中子星，以後將在各種宇宙視線下查看中子星的全景，並且探測精度也伴隨電子技術、信息技術及人工智慧大數據不斷升級，開拓出精細與精準的中子星認知時代。」

中子星就如宇宙間的一位「窈窕淑女」，「所謂伊人，在水一方」，儘管科學家「溯洄從之，道阻且長」，但隨著各種儀器和技術的進步，有朝一日一定能揭開籠罩在它頭上的面紗。