天文學家長期以來就知道，中子星——大質量恆星爆炸後留下的壓縮核心——應該散佈在整個銀河系中。然而，它們中的大多數實際上是看不見的。一項發表在《天文學與天體物理學》上的新研究表明，NASA 即將發射的 Nancy Grace Roman 太空望遠鏡或許能夠偵測到它們。
研究人員利用對銀河系和羅馬望遠鏡未來觀測的詳細模擬，展示了這座旗艦級天文台可能透過一種稱為引力微透鏡的微妙效應，識別並表徵數十顆孤立的中子星。
「大多數中子星相對昏暗且孤立，」該研究的領導者、德國海德堡大學的 Zofia Kaczmarek 表示。「沒有任何幫助，它們極難被發現。」
中子星將比太陽更重的質量壓縮到一個約城市大小的球體中。研究它們有助於我們理解恆星如何誕生、死亡以及將重元素散佈到整個宇宙。它們也提供了研究可想像的最極端條件（壓力與密度）下會發生什麼的機會。
然而，除非它們是發出無線電波或 X 射線的脈衝星，否則它們即使對最強大的望遠鏡來說，也可能保持隱藏。
羅馬望遠鏡可以透過另一種方式搜尋它們。當像中子星這樣的大質量物體移動到遙遠背景恆星前方時，其強大的引力會扭曲時空並偏折背景恆星的光線。這種微透鏡效應會暫時使背景恆星變亮，並使其在天空中看起來偏離真實位置。
雖然許多望遠鏡可以偵測到暫時的亮度增加，但羅馬望遠鏡能夠以極高的精度測量被透鏡化的恆星的亮度變化（測光學）和微小的位置偏移（天體測量學）。
由於中子星相對質量較大，它們產生的天體測量信號比較輕的物體更大，這使得像羅馬望遠鏡這樣的任務不僅能偵測到它們，還能在某些情況下測量其質量，這是僅靠測光學幾乎不可能做到的。
「使用微透鏡真正酷的地方在於，你可以獲得直接的質量測量，」論文合著者、勞倫斯利佛摩國家實驗室的 Peter McGill 說。「測光學告訴我們有東西經過恆星前方，但正是恆星位置的偏移量告訴我們該物體的質量有多大。透過測量天空中那微小的偏折，我們可以直接測量一個原本看不見的物體的質量。」
羅馬望遠鏡的測量結果可能幫助天文學家確定中子星和黑洞質量之間是否存在真正的差距，以及中子星的移動速度。
科學家們特別有興趣了解中子星在超新星爆炸中誕生時所接收到的強大「反衝」。這些反衝可以讓它們以每秒數百英里的速度在銀河系中穿梭。
研究團隊將利用羅馬望遠鏡未來的銀河系核球時域巡天，該巡天將以高頻率拍攝的廣闊天空圖像，同時監測數百萬顆恆星。
「一旦數據開始進來，我們就會立即開始工作，」McGill 說。「即使在調試後的最初幾個月，我們也預計開始識別有希望的事件。」
即使是相對較少數量的確認偵測，也能顯著改善恆星爆炸和極端物質的模型。
「我們不確定中子星、黑洞的質量分佈，或者它們的界線在哪裡，」McGill 說。「羅馬望遠鏡將是這方面的真正突破。」
儘管迄今為止只偵測到幾千顆中子星，其中大部分是脈衝星，但科學家估計銀河系中可能存在數千萬到數億顆。此外，迄今為止，研究人員只能測量聯星系統中中子星的質量。
「我們看到的是一個不能代表整體情況的小樣本，」Kaczmarek 說。「即使是單一的質量測量也會非常有價值。如果我們只發現一顆孤立的中子星，那對我們的研究來說已經是極具啟發性的了。」
這項研究還突顯了該任務能力的創造性運用。雖然羅馬望遠鏡的巡天主要設計用於透過測光微透鏡尋找系外行星，但其強大的天體測量能力為天體測量微透鏡開闢了全新的發現之門。
「這不是最初計劃的一部分，」McGill 說。「但事實證明，羅馬望遠鏡的天體測量能力非常擅長偵測中子星和黑洞，所以我們可以為羅馬望遠鏡的巡天增加一種全新的科學研究。」
如果預測屬實，該任務將提供第一批透過引力本身發現的大量孤立中子星樣本，揭示一個迄今為止難以觸及的隱藏族群。羅馬望遠鏡預計將徹底改變微透鏡研究以及我們銀河系中隱藏的物體族群的研究，從流浪系外行星到中子星等恆星殘骸。
Nancy Grace Roman 太空望遠鏡由位於馬里蘭州格林貝爾特的 NASA 戈達德太空飛行中心管理，並有南加州 NASA噴射推進實驗室、加州帕薩迪納的 Caltech/IPAC、巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所的參與，以及一個由各研究機構科學家組成的科學團隊。主要的工業合作夥伴包括科羅拉多州博爾德的 BAE Systems Inc.；紐約州羅徹斯特的 L3Harris Technologies；以及加州千橡市的 Teledyne Scientific & Imaging。