當(dāng)大質(zhì)量恒星在耗盡燃料時,，會坍縮形成宇宙中最致密的天體之一——中子星。中子星的半徑只有約10千米,，但是它的質(zhì)量卻與太陽相當(dāng)。在宇宙中,，它們是除黑洞之外密度最大的天體,，一茶匙的中子星上的物質(zhì)就可重約10億噸。

這種致密使得中子星有著強大得令人難以置信的引力場,，它大約是地球數(shù)十億倍,。如此極端的引力將中子星表面的任何特征都擠壓到極小的尺度上，使得中子星看起來就像是一個有著堅固外殼的幾乎完美的球體。

愛因斯坦的廣義相對論告訴我們,，質(zhì)量的運動可以導(dǎo)致引力波的發(fā)射,，這種時空結(jié)構(gòu)中的漣漪以光速從源頭傳播而出。一直以來,，快速旋轉(zhuǎn)的中子星都被認(rèn)為是潛在的引力波發(fā)射源,。中子星若要可以單獨發(fā)射引力波，那么這些高速自旋著的中子星必須有一些不沿著其旋轉(zhuǎn)軸的非對稱性變形,，這樣的變形被天文學(xué)家稱為中子星上的“山”,。

中子星有一個流體的內(nèi)核和一個彈性的外殼，外殼的厚度大約為1千米,，是中子星密度最低的區(qū)域,。在之前的一些研究中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)在中子星的表面的確有“山”形成,。這些“山”形成的方式有很多種,，它們可能是在中子星的外殼或內(nèi)核中形成的結(jié)構(gòu)，也可能是由落在中子星上的其他物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu),，再或者是通過非常大的內(nèi)部磁場而產(chǎn)生并維持的結(jié)構(gòu),。

近年來，隨著對雙中子星并合所產(chǎn)生的引力波的成功探測以及探測儀器靈敏度的改進,，天文學(xué)家越來越期待能觀測到僅有快速旋轉(zhuǎn)的中子星自身所產(chǎn)生的引力波信號,。然而，我們并沒有探測到能夠直接證明快速旋轉(zhuǎn)的中子星會產(chǎn)生引力波的證據(jù),。

盡管如此,，天文學(xué)家已經(jīng)為了尋找這些來自單個中子星的引力波信號作出了巨大努力。目前,，已知有350多顆脈沖星（脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星）的自轉(zhuǎn)速度快到由它們發(fā)射的引力波可以處于當(dāng)前探測器的敏感頻段,，這些數(shù)據(jù)可以告訴天文學(xué)家有關(guān)于這些脈沖星的頻率、位置以及頻率隨時間變化的精確信息,。

對天文學(xué)家來說,，有一個很有必要探究的問題是：在中子星的外殼破裂之前，一座中子星上的“山”能有多大,？這是天文學(xué)家在過去20多年的時間里一直試圖了解的問題,。到目前為止，天文學(xué)家只能通過現(xiàn)有的探測為不同的脈沖星上的“山”大小設(shè)定上限,。

過去的研究表明,，中子星所能夠承受的完美球體偏差約為百萬分之幾，這意味著這些“山”可能有幾厘米高,。這些計算假設(shè)了中子星的外殼會被拉伸到在外殼的每一點上都接近破裂的地步,。

現(xiàn)在，英國南安普頓大學(xué)的一個研究小組對中子星上的“山”大小進行了評估。在新的模型中,，研究人員發(fā)現(xiàn)之前研究所做的假設(shè)在物理上并不現(xiàn)實,，因此中子星上的山最高可達數(shù)厘米的估計可能存在嚴(yán)重缺陷。

在新研究中,，研究人員通過創(chuàng)建能夠精確模擬中子星外殼的新計算機模型,，預(yù)測了中子星“山”的大小。他們模擬能夠?qū)е隆吧健毙纬傻母鞣N力,，通過增加力的強度,，觀察外殼的破裂。這一過程使研究小組能夠預(yù)測出中子星在不破裂的情況下所能維持的“山”的最大大小,。他們沒有像之前的研究那樣將中子星外殼上的每一點都拉伸到最大程度,，而只有在某一點上是這樣。

通過新的模型,，研究人員發(fā)現(xiàn)這些山的高度不超過一毫米,，比此前認(rèn)為的小很多。以如此微小的尺度來看,，它們與其被稱為“山”,，可能更適合被稱為“隆起物”或“小山包”。這些“小山包”越小,，旋轉(zhuǎn)著的中子星所能產(chǎn)生的引力波就越小,，也就更加難以被探測到。

現(xiàn)在,，研究人員將結(jié)果以兩篇論文的形式提交到了arXiv預(yù)印網(wǎng)站上,，并在7月19日舉行的2021年英國皇家天文學(xué)會議上介紹了這些最新的發(fā)現(xiàn)。我能期待在不久的未來,，在更加靈敏的探測器的幫助下,，天文學(xué)家能夠突破一些現(xiàn)有的極限，成功地直接探測到這些期待已久的引力波,。