天文學家發現了一顆中子星，它圍繞著一個神秘的天體運行，從各方面來看，這個天體都不應該存在。這個天體在光線下似乎看不見，而且太小，不可能是黑洞，因此​​無法解釋。

藝術家眼中的神秘雙星系統MPIfR; Daniëlle Futselaar (artsource.nl)

天文學家利用南非的MeerKAT 射電望遠鏡，在哥倫布星座一個名為NGC 1851 的球狀星團中發現了一顆脈衝星，從而揭開了這個謎團。脈衝星是一種具有強烈磁場的中子星，它產生的無線電波像燈塔的光束一樣向四周掃射。當這些電波錐剛好面向地球時，我們就會看到它們規律地跳動，脈衝星也因此而得名。

天文學家利用南非的MeerKAT 射電望遠鏡，在哥倫布星座一個名為NGC 1851 的球狀星團中發現了一顆脈衝星，從而揭開了這個謎團。脈衝星是一種具有強烈磁場的中子星，它產生的無線電波像燈塔的光束一樣向四周掃射。當這些電波錐剛好面向地球時，我們就會看到它們規律地跳動，脈衝星也因此而得名。

由於這些訊號是如此穩定和可預測，天文學家可以研究它們的時間，並計算出有關其周圍環境的驚人資訊量。在這種情況下，他們發現這顆脈衝星與另一個天體一起運行–這時事情開始變得詭異起來。

“當我們查看NGC 1851的哈伯圖像時，我們在那個位置上什麼也沒看到，”該研究的合著者Prajwal Voraganti Padmanabh說。”因此，與脈衝星在軌道上運行的天體不是一顆正常的恆星，而是一顆坍縮恆星的密度極高的殘餘物。”

眾所周知，這些坍縮的恆星殘骸有兩種形式：要不是另一顆中子星，就是一個黑洞。但有一個問題–這個天體被發現質量太大，不可能是一顆中子星，但質量不夠大，不可能是一個黑洞。

根據模型，中子星總是小於大約兩個太陽質量，而黑洞永遠不會輕於大約五個太陽質量。對宇宙的觀測也證明了這一點–緊湊的天體總是屬於其中一類。總之，直到現在。新發現的這個天體的質量大約是太陽質量的2.1 到2.7 倍，完全符合既定的”質量差距”。這意味著，它可能是已知最重的中子星，也可能是已知最輕的黑洞–或許，完全是另一種東西。

這項研究的合著者保羅-弗萊雷（Paulo Freire）說：「不管這個天體是什麼，這都是一個令人興奮的消息。如果它是一個黑洞，這將是已知的第一個脈衝星/黑洞系統，幾十年來這一直是脈衝星天文學的聖杯。如果它是一顆中子星，這將對我們理解物質在這種驚人密度下的未知狀態產生根本性影響。”

研究人員提出，這個奇怪的系統實際上是由之前的兩個雙星系統形成的。其中一個包含兩顆中子星，它們在相撞後合併成一個小於平均值的黑洞。而另一個系統則包含一顆中子星，它與另一顆恆星的軌道很近，前者從後者身上汲取物質。這個過程在宇宙中很常見，它將角動量傳遞給中子星，使其變成一顆快速旋轉的脈衝星。另一顆恆星則變成了被稱為白矮星的死殼。

最終，黑洞闖入了雙星系統，三個天體的複雜運動導致白矮星被拋出。這就形成了今天看到的脈衝星/黑洞系統。

這並不是質量間隙中發現的第一個天體。2019 年，重力波探測器捕捉了一個23 個太陽質量的黑洞吞食2.6 個太陽質量物體的訊號。由於這是在天體被摧毀後才發現的，我們只能從中了解這麼多。值得慶幸的是，NGC 1851 有一個活著的黑洞，我們可以繼續研究它。

這項研究的合著者阿魯尼瑪-杜塔（Arunima Dutta）說：「我們對這個系統的研究還沒結束。揭開伴星的真實面目將是我們了解中子星、黑洞以及黑洞質量間隙中可能潛藏的其他東西的轉折點！”

這項研究發表在《科學》雜誌。下面的影片展示了該系統的建議形成過程。