近日，由重庆大学、中国科学院国家天文台、上海交通大学李政道研究所等单位组成的研究团队，综合利用国家重大科技基础设施——郭守敬望远镜（LAMOST）的光谱数据、以及斯隆数字巡天（SDSS）与欧空局Gaia卫星的观测数据，联合视向速度与天体测量方法，在一个宽距双星系统中发现了一颗超大质量中子星。
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J0008+0128系统示意图（赵欣林绘制）。中间的红色星是可见的巨星，右侧的蓝色星代表不可见的超大质量中子星。下方的三台地基望远镜（从左至右）分别是SDSS/APOGEE、LAMOST和NOT，用于获取光谱及视向速度数据；左上方的卫星是Gaia望远镜，提供天体测量数据。
中子星是大质量恒星走到生命尽头、经历超新星爆发后留下的致密“遗骸”，与白矮星、黑洞共同构成不同质量恒星演化的最终归宿。中子星状态方程是天体物理领域长期悬而未决的难题，而中子星的质量可为状态方程模型提供重要的观测检验。尤其是大质量中子星，中子星能“长”到多重，取决于其内部物质有多“硬”以抵抗引力坍缩。超大质量中子星（大于2倍太阳质量）的发现与测量，能够对极端密度下物质的状态方程形成重要约束，帮助筛选出真正描述极端密度物质行为的理论。同时，中子星的最大质量也决定了双中子星并合后的命运：并合遗迹是立刻坍缩为黑洞，还是先形成一个短暂存在的超大质量中子星。后者的发现与证认可为解读GW170817等并合事件的电磁对应体提供重要的物理边界条件。
图2: 不同系统内中子星质量与双星轨道参数的分布。
在本工作中，研究团队基于来自LAMOST、SDSS/APOGEE和NOT望远镜的光谱数据以及Gaia卫星的天体测量数据，在双星系统J0008+0128中发现了一颗具有超大质量的中子星。在该系统中，可见星是一颗红巨星，质量介于1.2—2.7倍太阳质量之间（最佳估计值为1.67±0.15倍太阳质量）；不可见星的质量介于1.8—2.8倍太阳质量之间（最佳估计值为2.20±0.14倍太阳质量），表明其极可能是一颗超大质量中子星。
高分辨率光谱分解显示，除红巨星光谱外，J0008+0128中不含来自其他成分的光谱，从而确认该不可见天体为一颗致密天体。若该中子星由单星演化形成，则将是已知出生质量最大的中子星之一。此外，该系统轨道周期约1220天，偏心率仅为0.1。双星星族合成模型POSYDON显示，具有此类轨道特征（宽且近圆）并且包含致密天体的双星难以形成，因此对当前的双星演化和超新星爆炸理论提出了挑战。
重庆大学物理学院弘深青年教师赵欣林（中国科学院国家天文台2020级博士研究生）和上海交通大学博士研究生肖光耀为论文共同第一作者。中国科学院国家天文台王松副研究员与刘继峰研究员为论文共同通讯作者。研究团队还包括来自国内外多家机构的其他天文学家。该研究得到了中国科学院先导专项、国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的资助。
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