LIGO和VIRGO在過(guò)去幾年里探測(cè)到了許多起引力波事件，它們是由兩個(gè)致密天體（中子星或黑洞）的合并產(chǎn)生的。這些事件不僅證實(shí)了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，而且揭示了一些新奇的天體物理現(xiàn)象。這些事件中有一些特別引人注目，因?yàn)樗鼈兩婕暗揭恍┵|(zhì)量在2.5到5倍太陽(yáng)質(zhì)量之間的天體，這個(gè)范圍被稱為“質(zhì)量間隙”。

為什么叫質(zhì)量間隙呢？因?yàn)樵谶@個(gè)范圍內(nèi)，我們從來(lái)沒(méi)有觀測(cè)到過(guò)任何的中子星或黑洞。最重的已知中子星的質(zhì)量大約是2.14太陽(yáng)質(zhì)量，而最輕的已知黑洞的質(zhì)量大約是5太陽(yáng)質(zhì)量。那么，這些質(zhì)量間隙中的天體到底是什么呢？它們是非常致密的中子星，還是非常輕的黑洞，或者是一些其他的奇怪的物質(zhì)狀態(tài)呢？

要回答這個(gè)問(wèn)題，我們需要更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，特別是那些能夠測(cè)量這些天體的質(zhì)量和半徑的數(shù)據(jù)。這樣，我們就可以用物理學(xué)的原理來(lái)判斷它們是什么。幸運(yùn)的是，我們有一種非常強(qiáng)大的工具，就是脈沖星的精密計(jì)時(shí)。脈沖星是一種快速自轉(zhuǎn)的中子星，它們會(huì)從兩極發(fā)射出強(qiáng)烈的無(wú)線電波，就像一盞燈塔一樣。如果一個(gè)脈沖星與另一個(gè)致密天體組成雙星系統(tǒng)，那么我們就可以通過(guò)測(cè)量它們的軌道運(yùn)動(dòng)來(lái)推斷出它們的質(zhì)量。

科學(xué)家使用了南非的MeerKAT射電望遠(yuǎn)鏡，對(duì)一個(gè)位于球狀星團(tuán)NGC 1851中的脈沖星PSR J0514-4002E進(jìn)行了觀測(cè)。這個(gè)脈沖星是一個(gè)毫秒脈沖星，它的自轉(zhuǎn)周期只有幾毫秒。利用了MeerKAT的高靈敏度和高時(shí)間分辨率，科學(xué)家對(duì)這個(gè)脈沖星的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行了精確的測(cè)量，從而得到了它的軌道參數(shù)和質(zhì)量。我們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)脈沖星的質(zhì)量是1.78太陽(yáng)質(zhì)量，而它的伴星的質(zhì)量在2.09到2.71太陽(yáng)質(zhì)量之間（95%置信區(qū)間）。這個(gè)結(jié)果讓我們大吃一驚，因?yàn)檫@意味著這個(gè)伴星的質(zhì)量正好落在了質(zhì)量間隙中！

那么，這個(gè)伴星到底是什么呢？它是一個(gè)超重的中子星，還是一個(gè)超輕的黑洞，或者是一些其他的東西呢？我們首先排除了它是一個(gè)普通的恒星的可能性，因?yàn)槲覀儧](méi)有在任何波段觀測(cè)到它的光學(xué)或紅外輻射。我們也排除了它是一個(gè)白矮星的可能性，因?yàn)榘装堑馁|(zhì)量不可能超過(guò)1.4太陽(yáng)質(zhì)量，這是由量子力學(xué)的簡(jiǎn)并壓限制的。

那么，它是一個(gè)中子星還是一個(gè)黑洞呢？這個(gè)問(wèn)題很難回答，因?yàn)槲覀儾恢乐凶有堑淖畲筚|(zhì)量是多少，也不知道黑洞的最小質(zhì)量是多少。這些都取決于中子星的物質(zhì)方程，也就是描述中子星內(nèi)部物質(zhì)的密度和壓強(qiáng)之間關(guān)系的方程，這是一個(gè)未解決的物理問(wèn)題。不過(guò)，我們可以用一些已知的觀測(cè)事實(shí)來(lái)做一些推測(cè)。

首先，我們知道，如果這個(gè)伴星是一個(gè)中子星，那么它必須是一個(gè)非常致密的中子星，因?yàn)樗馁|(zhì)量已經(jīng)超過(guò)了目前已知的最重的中子星的質(zhì)量。這意味著它的半徑必須非常小，否則它就會(huì)因?yàn)樽陨淼囊Χ?。根?jù)一些理論模型，這樣的中子星的半徑大約是10公里左右，比一般的中子星（大約是12公里）還要小一些。這樣的中子星的表面重力也非常強(qiáng)，大約是10^14倍的地球表面重力。

這樣的中子星如果有一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，那么它就會(huì)像一個(gè)脈沖星一樣發(fā)射無(wú)線電波。但是，我們沒(méi)有在任何波段觀測(cè)到這個(gè)伴星的無(wú)線電輻射，這意味著它要么沒(méi)有磁場(chǎng)，要么磁場(chǎng)非常弱，要么磁場(chǎng)的軸線和自轉(zhuǎn)軸非常接近，以至于我們看不到它的無(wú)線電波束。這些都是非常罕見(jiàn)的情況，所以我們認(rèn)為這個(gè)伴星是一個(gè)中子星的可能性不大。

其次，我們知道，如果這個(gè)伴星是一個(gè)黑洞，那么它必須是一個(gè)非常輕的黑洞，因?yàn)樗馁|(zhì)量已經(jīng)低于了目前已知的最輕的黑洞的質(zhì)量。這意味著它的事件視界，也就是黑洞的“無(wú)法逃脫”的邊界非常小，大約是6公里左右，比一般的黑洞（大約是15公里）還要小一些。

這樣的黑洞如果有一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的吸積盤，那么它就會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的X射線輻射。但是，我們沒(méi)有在任何波段觀測(cè)到這個(gè)伴星的X射線輻射，這意味著它要么沒(méi)有吸積盤，要么吸積盤非常稀薄，要么吸積盤的溫度非常低，以至于我們看不到它的X射線輻射。這些都是非常罕見(jiàn)的情況，所以我們認(rèn)為這個(gè)伴星是一個(gè)黑洞的可能性也不大。

那么，我們是否可以考慮一些其他的可能性呢？也許這個(gè)伴星是一種我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的新型致密天體，它既不是中子星，也不是黑洞，而是一種介于兩者之間的物質(zhì)狀態(tài)。這種物質(zhì)可能是由奇異夸克組成的，或者是由一些更加基本的粒子組成的。這種物質(zhì)的性質(zhì)可能與我們熟悉的物質(zhì)有很大的不同，比如它可能沒(méi)有電荷，沒(méi)有磁場(chǎng)，沒(méi)有吸積盤，也沒(méi)有無(wú)線電輻射。這種物質(zhì)可能只能通過(guò)引力波來(lái)與我們溝通，就像黑洞一樣。這種物質(zhì)可能存在于質(zhì)量間隙中，也可能存在于更高的質(zhì)量范圍中，只是我們還沒(méi)有觀測(cè)到而已。

當(dāng)然，這些都是非常大膽的猜想，我們需要更多的證據(jù)來(lái)支持或否定它們。我們需要更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)測(cè)量這些質(zhì)量間隙中的天體的質(zhì)量和半徑以及它們的其他性質(zhì)。我們也需要更多的理論模型，來(lái)描述這些天體的物質(zhì)狀態(tài)，以及它們的形成和演化過(guò)程。我們也需要更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)探索極端條件下的物質(zhì)行為，以及驗(yàn)證我們的理論預(yù)言。