2015年，激光干涉引力波观测台（LIGO）首次直接探测到引力波开启了人们认识宇宙的新途径。随后，意大利室女座天文台（Virgo）与LIGO联合探测，于2017年首次发现双中子星并合事件，人类从此全面迈入多信使天文学新时代。2019年4月1日，升级后的两个LIGO探测器和Virgo开始第三轮探测工作，探测到来自23倍太阳质量的黑洞与2.6倍太阳质量的致密天体并合引力波信号，这不仅是一颗黑洞吞噬中子星的神秘引力波事件（名为GW190814），更是致密天体研究的宝贵案例。而其中一个未解之谜是：这颗2.6倍太阳质量的天体是大质量的中子星，还是小质量的黑洞？
一般认为，原质量大于太阳30倍的恒星爆发后，残留的内核也就是中子星，质量将突破托尔曼·奥本海默·沃尔科夫极限质量(TOV极限质量)会继续坍缩变成一个黑洞。目前，人们不能确定GW190814中这类天体本质的主要原因是，不能从量子色动力学（Quantum Chromodynamics, QCD）第一原理出发计算中子星物质的状态方程（equation of state, EOS）。因此， TOV极限质量作为区分黑洞与中子星的临界点，其准确预言变得艰难。GW190814神秘的身份成为了科学研究焦点。
近日，中科院新疆天文台脉冲星团组科研人员周霞研究员与合作者采用满足所有目前已知天体物理和核物理约束条件的中子星状态方程，利用19个低质量X射线双星（LMXB）的已有观测对中子星r模稳定性条件进行限制，推出GW190814的2.6倍太阳质量神秘天体是一颗超大质量、超快转脉冲星的可能限制条件，具体包括：温度应低于约3.9×107K，相应旋转频率高于870.2 Hz（其开普勒频率1169.6 Hz的0.744倍）。该研究成果有助于进一步了解GW190814中2.6倍太阳质量天体的形成机理。同时，中子星物态的相关研究对揭秘非微扰QCD、理解和预言中子星的多信使辐射，都具有重要科学意义和价值。相关研究成果发表在《天体物理学杂志》（ApJ）上，文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abe538（arXiv: 2011.11934)。
该工作由中国科学院新疆天文台周霞研究员和厦门大学李昂教授（通讯作者）和Texas A&M University–Commerce Li Bao-An教授合作完成。研究工作得到科技部SKA专项、国家自然科学基金、中国科学院"西部之光"和天山青年计划、厦门市青年创新基金项目等项目的支持。
图1.33个中子星状态方程在状态方程参数Ksym-L平面上的位置。只有7个状态方程—DD2、DDME2、KDE0v1、SKb、SkI6、SLy2、SLy9—满足最近两个约束：Xie & Li 2020 分析了典型中子星的半径和潮汐变形观测结果，Newton & Crocombe 2020分析了48Ca，208Pb和锡同位素中子皮的组合数据，以及纯中子物质状态方程的微观计算结果。
图2.满足最新Ksym-L约束条件的状态方程预测出的中子星质量半径关系。除KDE0v1外都满足来自PSR J0740+6620的最大质量限制和NICER的PSR J0030+0451质量-半径的观测限制。
图3.低质量X射线双星（LMXB）在频率-温度平面上的位置（误差来自于中子星大气层的不确定性），以及6个满足天体物理和核物理约束条件的中子星状态方程预言的r模式不稳定性窗口的下限。左：1.4Msun星体，右：2.0Msun星体）。上：刚性中子星壳层，下：弹性中子星壳层。
图4.具有刚性壳层中子星的降低临界频率的温度依赖。对于每一个中子星状态方程，阴影区域显示允许GW190814的2.6倍太阳质量天体为r模式稳定脉冲星的频率-温度空间。
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