中子星是大质量恒星超新星爆发后留下的恒星尸体。它们的密度难以想象：一汤匙中子星放在地球表面，重量大约相当于珠穆朗玛峰（而一汤匙太阳的重量只有大约5磅）。
虽然中子星的质量范围多年来一直受到相对较好的限制，但要精确确定它们的宽度却更加困难。然而，大多数天文学家认为，这些质量被压缩成一个大约城市大小的球体。
现在，一项新研究将引力波测量与其他技术相结合，首次对中子星的大小进行了最佳限制。估计表明，一颗典型的中子星直径约为13.7英里。这个尺寸对于当中子星过于接近宇宙中最神秘的物体之一——黑洞时会发生什么，具有有趣的含义。新的尺寸结果表明，黑洞在许多情况下可以一口吞噬一颗中子星——留下的证据很少，以至于地球上的天文学家无法用传统望远镜发现。
中子星如何形成
大质量恒星在耗尽用于核聚变的氢气后会爆炸。当物质以猛烈的爆发向四面八方喷发时，剩下的物质会凝结成一颗中子星。如果一颗恒星足够大，其残余物可以进一步凝结成一个黑洞。
但像我们的太阳这样的孤独恒星在宇宙中是少数。大多数恒星存在于多星系统中。当两颗大恒星并排演化时，这些外星太阳系最终可能会有两颗中子星、两个黑洞，或者各一个。近年来，天文学家已经开始探测这些系统，这要归功于当它们螺旋式地相互碰撞时产生的引力波。这就是天文学家最近对中子星大小进行极其精确测量的原因。
2017年，美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）和意大利的室女座探测器接收到一个引力波信号，表明两颗中子星在大约1.2亿光年外发生了碰撞。不久之后，传统天文台开始在电磁波长中观测到这次碰撞。这些探测提供了关于这些物体质量和自旋的空前见解。
中子星大小
由德国阿尔伯特爱因斯坦研究所（AEI）研究人员领导的一个团队利用这些观测结果，然后将其与亚原子粒子在中子星内部极端密集条件下行为的模型相结合。虽然在地球实验室中不可能重现这种条件，但物理学家们表明，他们可以使用现有理论将他们的计算从小尺度外推到遥远中子星中发生的事情。
他们的结果表明，中子星的直径必须在13到15英里之间。一颗典型的中子星应该大约13.7英里宽。这些估计比以前的研究对中子星的大小施加了更严格的限制。
“中子星包含可观测宇宙中最致密的物质，”AEI研究员兼研究作者科林·卡帕诺在媒体发布中说。“事实上，它们是如此致密和紧凑，你可以将整个恒星看作一个单一的原子核，按比例放大到城市的大小。通过测量这些物体的特性，我们了解了支配亚原子层面物质的基本物理学。”
被黑洞吞噬
如此小的直径使得与黑洞同步运行的中子星在过于接近时甚至可能被完全吞噬。天文学家一直热切地关注黑洞-中子星碰撞。他们预期这些合并会发出强大的电磁辐射——这种光是地球上传统天文台可见的。
然而，根据这项新研究，如果中子星在两者合并时没有被撕裂，那么就不会发出地球望远镜可以探测到的光。与此同时，引力波探测器也可能无法区分合并的黑洞和混合合并。
“我们已经表明，在几乎所有情况下，中子星都不会被黑洞撕裂，而是被整个吞噬，”卡帕诺说。“只有当黑洞非常小或快速旋转时，它才能在吞噬中子星之前将其撕裂；只有那时我们才能期待除了引力波之外的任何东西。”
天文学家应该不用等太久就能发现这个想法是否正确。未来几年，世界各地的引力探测器将变得越来越强大。如果中子星-黑洞碰撞比预期更罕见，至少他们会知道原因。
结果于3月9日发表在《自然天文学》杂志上。
