中子星是2个太阳质量压缩成一个仅12公里宽的球体。它的表面引力如此之大,以至于可以将原子和分子压缩成原始原子核,并将电子挤压成质子,然后将其转化为中子。鉴于如此巨大的压力和密度,您可能会认为中子星具有几乎完美光滑的表面。但你错了,因为我们知道中子星可以有山脉。

如果中子星有山脉它们应该会产生引力波

我们知道,由于脉冲星,中子星具有地质活跃性。中子星的强磁场可以产生射电能量束,每次旋转都会扫过天空。当这些光束对准我们的方向时,我们可以看到规则的无线电光脉冲。这些脉冲非常规则,随着时间的推移,随着中子星失去旋转能量,它们会逐渐减慢一点点。但脉冲星时不时会出现“故障”并经历旋转的小幅上升。这是由于恒星地壳移动,引起星震。

正如地球和其他地质活跃的世界经历山脉的兴衰一样,中子星也是如此。然而,这些山脉的分布和规模取决于中子星的内部结构,而我们尚未完全了解这一点。这就是一项新研究的由来。

作者首先指出,如果中子星有山脉或其他非轴对称的变形,那么中子星的旋转就会产生引力波。我们还无法探测到这些引力波,但未来的引力波天文台也许能够做到。他们接着指出,这些引力波的模式将由这些山脉的分布和规模决定。为了了解这可能是什么,作者观察了我们已知的世界,例如水星和土卫二。他们的作品发布在arXiv预印本服务器上。

例如,水星在大的金属核心上有一层薄薄的外壳,并有叶状陡坎。它们很可能是由水星内部冷却时的压缩应变引起的。另一方面,土卫二的海洋层上有一层薄薄的冰壳,其山脉有“虎纹”图案。其他冰卫星,例如木卫二,具有线性特征。这些世界中的每一个都具有由地壳和内部相互作用驱动的山脉特征。所以问题是中子星的地壳和内部的行为是否与其中任何一个相似。

作者发现的一件事是,如果中子星的地壳特征存在大规模的各向异性,例如水星的陡坡,那么它们产生的引力波可能会给中子星的旋转速度设定上限。尽管作者关注这种效应,但他们也指出中子星的结构可能是多种多样的。有些可能具有类似于水星的地壳特征,而另一些可能具有类似于欧罗巴或土卫二的特征。如果是这样的话,那么对中子星产生的引力波的观测将在理解中子星的多样性方面发挥至关重要的作用。