银河系中心的脉冲星去哪了？

众所周知，银河系中心除了坐落着一个 400 万倍太阳质量的黑洞外，那里还是一个密度惊人的恒星聚集区，恒星的密度和球状星团不分伯仲。这里（几百光年范围内）平均每立方光年就有 2 颗恒星，咋一听你可能觉得这也不多啊。但你知道太阳系周围的恒星密度吗？每立方光年只有 0.004 颗。

既然银河系中心那么多恒星，按理说银心部位应该非常亮吧？然而恰恰相反，由于太阳系位于银盘上，我们向银心望去时，我们的视线会被银盘上的星际尘埃遮挡，因此在可见光波段附近我们很难看到恒星的光芒。这也是为什么星空照片中的银河总是一条黑漆漆的尘埃带。

研究银心通常需要借助波长更短的伽马射线、硬 X 射线，或者波长更长的微米波和无线电。比如之前给银心黑洞拍照，用的就是射电望远镜。通过把全球各地的多台射电望远镜组成阵列，我们就能捕捉到银心黑洞吸积盘释放出的无线电波，从而绘制出银心黑洞的剪影照。

我们知道，吸积盘并不是黑洞独有的。双星系统中，当其中一颗恒星坍缩成致密星后，它可能会吸积另外那颗伴星。比如一颗中子星通过自身的潮汐力把伴星的外层物质剥离，然后在自己周围形成吸积盘，这个过程会使得中子星成为一颗越转越快的脉冲星。

既然银心的恒星密度是我们周围的 500 倍，那按理说银心附近的恒星残骸应该也很多，肯定有大量的脉冲星聚集在那里，估计至少有几千颗。但奇怪的是，截至目前我们在银心附近超过 80 光年范围内几乎找不到任何脉冲星，这是为什么呢？

当然不是银心黑洞把它们都给吃了，毕竟能够形成中子星的恒星质量都不小，寿命也长不了（可能只有几亿年），所以正常情况下银心区域的中子星形成速率应该非常高。而且银心黑洞虽然看起来有几百万倍太阳质量，但是简单带到史瓦西半径公式算一下就知道，它的大小仅在千万公里这个量级。而刚才说的银河系中心区域，那个范围是以光年来计的，两者差了有好几个数量级。

那天文学家对此是怎么想的呢？

一种观点认为：这里的中子星可能都是些“短命鬼”，比如是些有着超强磁场的磁星。由于磁星磁场衰减得很快，这会导致它的高能辐射持续不了太久。相较于普通脉冲星 1000 万~1 亿年的寿命，磁星这一辈子只有区区一万年。所以呢，我们在这里找不到脉冲星，或许是因为它们早就凉凉了。

可是也不能所有的恒星到最后都变成磁星吧，于是天文学家又提出了一种可能：有些中子星可能被“逐出了家门”。

我们知道，宇宙中的恒星往往都不是孑然一身，尤其是那些大质量恒星，它们很多都有自己的伴星。那么当双星系统中其中一颗恒星超新星爆发后，它的伴星在强大的冲击下可能会被踢出去。这样一来剩下的这颗中子星空有一身能耐（潮汐力）但无处施展，只能安安静静地在那待着。

当然，也不是所有的恒星都能把“老伴”逐出家门。那些各自经历完超新星爆发又没散伙的双星，最终它们会成为一对“白头偕老”的双中子星，从此安静地在星际空间中跳着属于它们的华尔兹。

不管是上面哪种情况，对于这些悄无声息的中子星来说，它们都很难被我们发现。

然而这些理由虽然也能解释，但能解释得不多。随后天文学家又提出了另一种可能：这些中子星可能被黑洞干掉了！当然这个黑洞指的并不是银心黑洞，而是一种十分迷你的微型黑洞，通常低于 1 倍太阳质量，甚至是只有小行星质量。

这么小的黑洞哪来的呢？没错，当然是形成于宇宙早期的原初黑洞了。由于不经过恒星坍缩，原初黑洞的个头不受约束，可以非常大也可以非常小。如果宇宙中真的存在大量的迷你黑洞的话，从观测上来说，我们确实很难发现它们，所以一些科学家也把小质量的原初黑洞作为暗物质的候选者之一。

上次说有科学家提出中子星可能通过捕获暗物质来加热自身，假如此时的暗物质是原初黑洞的话，那就不是加热自身这么简单了，而是自身可能会被黑洞从内部掏空。

你可能会说：“这么小的黑洞，早就被霍金辐射蒸发完了吧？”

之前说过，根据“霍金蒸发极限”，一个 10 亿吨的黑洞就足以存活至今，而它的大小只有一个原子那么大。所以如果这种小黑洞真的存在，那中子星捕获黑洞的情况还真不是没有可能。

其实这种恒星捕获小黑洞的情况之前我们就说过，比如上次说的太阳内部可能存在黑洞的事，对于中子星这种恒星残骸也是一样。这些中子星在捕获小黑洞后，黑洞会从中子星内部将其慢慢蚕食，最终成长为一个安静的恒星级黑洞。如果银心附近的中子星都是这个结局的话，没准还真能解释中子星的缺失问题。

但是前不久，一篇暂时发布在 arxiv 上的文章中，一个来自欧洲的研究团队重新研究了这种中子星被原初黑洞从内部瓦解的可能。他们结论是：中子星捕获原初黑洞的观点并不能解释中子星的缺失问题。

研究团队计算了脉冲星捕获原初黑洞的概率，以及当捕获后中子星进一步坍缩成恒星级黑洞的可能性。结果显示，在简化模型的特定情况下，脉冲星在有生之年（~1000 万年）捕获原初黑洞的概率最多也就三成。而且对于脉冲星所在的双星系统来说，外来的原初黑洞属于质量相对较小的第三者。在这种不稳定的三角关系三体运动中，小质量的第三者通常会被甩出系统。

不过目前关于中子星捕获原初黑洞的这个研究仍然比较粗糙，因为银河系中心的恒星密度非常高，现实情况通常不是简单的三体关系，而是更加错综复杂的多体运动。这个问题现阶段确实很难解决，未来随着更先进观测设备的投入使用，或许可以解开谜团。

总之，关于银河系中心为什么没有脉冲星这个现象，目前仍然是天文学的一个未解之谜。

文章 & 新闻：

• [1] wikipedia: Stellar density

• [2] scopethegalaxy: Pulsars vs Magnetars

• [3] phys.org: Neutron stars could be capturing primordial black holes

论文 & 摘要：

• [1] Y. Génolini, P. D. Serpico, and P. Tinyakov. Revisiting primordial black hole capture into neutron stars. PHYSICAL REVIEW D (2020). 102(8)

• [2] Roberto Caiozzo, Gianfranco Bertone, Florian Kühnel. Revisiting Primordial Black Hole Capture by Neutron Stars. arXiv preprint arXiv:2404.08057

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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