作者:约翰·霍普金斯大学贝萨林·克鲁克申克 行星状星云NGC 2440的中心恒星，HD62166，可能是迄今发现的已知最热的白矮星
白矮星呈现出令人困惑的量子现象:随着质量的增加，它们的尺寸会缩小
信用:PIXABAY 每个白矮星的核心都有一个量子难题:随着白矮星质量的增加，它们的尺寸会缩小，直到它们变得如此之小、如此紧密，以至于它们无法自我维持，从而坍缩成中子星
白矮星的质量和大小之间的这种令人困惑的关系，被称为质量-半径关系，是由诺贝尔奖得主天体物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡在20世纪30年代首次提出的
现在，一组约翰·霍普金斯天体物理学家开发了一种方法，利用斯隆数字天空调查收集的天文数据和盖亚太空天文台最近发布的数据集来观察这一现象
综合数据集为研究小组提供了3000多个白矮星
由霍普金斯大学高级教授韦丹特·钱德拉领导的一份关于他们发现的报告现已在《天体物理学杂志》上发表，并可在arXiv网站上在线查阅
“质量-半径关系是量子力学和引力的惊人结合，但对我们来说这是违反直觉的——我们认为当一个物体获得质量时，它应该变得更大，”指导学生研究人员的物理学和天文学系副教授纳迪亚·扎卡姆斯卡说
“这一理论已经存在了很长时间，但值得注意的是，我们使用的数据集具有前所未有的规模和准确性
这些测量方法，在某些情况下是几年前发展起来的，突然变得更好了，这些旧理论终于可以被探究了
" 该小组通过综合测量获得了他们的结果，主要包括重力红移效应，即当光离开物体时，光的波长从蓝色变为红色
这是爱因斯坦广义相对论的直接结果
“对我来说，这项工作的美妙之处在于，我们都在学校和教科书中学习了这些关于光将如何受到重力影响的理论，但现在我们实际上在恒星本身中看到了这种关系，”提出这项研究并首次在数据中认识到重力红移效应的五年级研究生黄向智说
该团队还必须解释恒星在太空中的运动如何影响对其引力红移的感知
类似于消防车警报器如何根据其相对于收听者的运动改变音调，光频率也根据发光物体相对于观察者的运动而改变
这项研究的贡献者、四年级研究生程思豪说，这被称为多普勒效应，本质上是一种分散注意力的“噪音”，使引力红移效应的测量变得复杂
为了解释多普勒效应引起的变化，研究小组按照半径对样本中的白矮星进行了分类
然后，他们对大小相似的恒星的红移进行平均，有效地确定了无论恒星本身位于何处，或者它相对于地球在何处运动，都可以预期它具有一定值的内在引力红移
你可以把它想象成在给定的时间，对在给定的区域内移动的所有消防车的所有间距进行平均测量——你可以预期任何一台消防车，不管它朝哪个方向移动，都会有一个平均值的固有间距
这些内在的引力红移值可以用来研究未来数据集中观察到的恒星
研究人员说，即将到来的更大、更准确的数据集将允许进一步微调他们的测量，并且这些数据可能有助于白矮星化学成分的未来分析
他们还表示，他们的研究代表了从理论到观察现象的令人兴奋的进步
“因为恒星越大越小，引力红移效应也随着质量的增加而增加，”扎卡姆斯卡说
“这更容易理解——从密度较小、较大的物体中出来比从更大、更紧凑的物体中出来更容易
这正是我们在数据中看到的
" 该团队甚至正在为他们在家中的研究寻找专属受众——他们在冠状病毒大流行期间曾在那里开展工作
钱德拉说:“我对我祖父赞美它的方式是，你基本上看到量子力学和爱因斯坦的广义相对论结合在一起产生了这个结果。”
“当我这么说的时候，他非常激动
"
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