一个芬兰研究小组发现了在现存最大的中子星核心中存在奇异夸克物质的有力证据。这一结论是通过将理论粒子物理学和核物理学的最新结果与中子星碰撞产生的引力波测量结果相结合得出的。
我们周围所有的正常物质都是由原子组成的，其稠密的原子核(包括质子和中子)被带负电荷的电子环绕着。然而，在所谓的中子星内部，原子物质坍缩成密度极大的核物质，其中的中子和质子挤得非常紧密，整个恒星可以被视为一个巨大的单个原子核。
到目前为止，人们还不清楚，在最大质量的中子星的核心内部，核物质是否会坍缩成一种更奇特的状态——夸克物质，在这种状态下，原子核本身不再存在。赫尔辛基大学的研究人员称，这个问题的答案是肯定的。这项新的研究结果发表在著名的《自然物理》杂志上。
赫尔辛基大学物理系的副教授Aleksi Vuorinen说:“自从大约40年前首次提出这种可能性以来，杏耀确认中子星内部夸克核的存在一直是中子星物理学最重要的目标之一。”
很可能存在
即使在超级计算机上运行的大规模模拟也无法确定中子星内部核物质的命运，芬兰研究小组提出了一个解决这个问题的新方法。他们意识到，通过结合理论粒子和核物理与天体物理测量的最新发现，有可能推断出中子星内部物质的特征和特性。
除了Vuorinen，这个团队还包括来自赫尔辛基的博士生Eemeli Annala，以及他们的同事，来自弗吉尼亚大学的Tyler Gorda，欧洲核子研究组织的Aleksi Kurkela，以及来自哥伦比亚大学的Joonas Nattila。
根据这项研究，驻留在最大质量稳定中子星核心中的物质与普通核物质相比，更类似于夸克物质。计算表明，在这些恒星中，被确定为夸克物质的核心直径可能超过整个中子星直径的一半。然而，Vuorinen指出，中子星的确切结构仍有许多不确定因素。宣称夸克物质几乎肯定已被发现，这意味着什么?
“所有中子星仅由核物质组成的可能性仍然很小，但不为零。然而，我们所能做的，是量化这种场景所需要的。简而言之，密度大的核物质的行为必须是真正特殊的。例如，声速需要接近光速，”沃瑞宁解释说。
根据引力波观测确定半径
促成这些新发现的一个关键因素是观测天体物理学中最近出现的两项结果:测量中子星合并产生的引力波，以及探测质量接近两个太阳质量的超大质量中子星。
2017年秋天，LIGO和Virgo天文台首次探测到两颗合并的中子星所产生的引力波。这一观测结果为一个叫做潮汐形变的量设定了严格的上限，该量测量的是一颗绕轨道运行的恒星的结构对其伴星引力场的敏感性。这个结果随后被用来推导出碰撞中子星半径的上限，结果是大约13千米。
同样地，尽管对中子星的首次观测可以追溯到1967年，但对这些恒星的精确质量测量直到最近20年左右才成为可能。大多数已知质量确切的恒星质量都在1到1.7之间，但在过去的十年里，我们发现有3颗恒星达到或可能略超过2个太阳质量的极限。
进一步观察预期
与直觉相反，关于中子星半径和质量的信息已经大大减少了与中子星物质的热力学性质相关的不确定性。这也使得芬兰研究小组完成了他们在《自然物理》杂志上发表的分析。
在新的分析中，天体物理观测与粒子和核物理的最新理论结果结合在一起。这使得我们能够准确预测中子星物质的状态方程，即中子星的压力和能量密度之间的关系。在这个过程中一个重要的组成部分是一个众所周知的广义相对论的结果，
杏耀平台注册优惠 ，它将状态方程与中子星半径和质量之间的可能值的关系联系起来。
自2017年秋季以来，观测到许多新的中子星合并，杏耀软件LIGO和Virgo迅速成为中子星研究的重要组成部分。正是这种新观测信息的快速积累，在提高芬兰研究小组新发现的准确性和确认中子星内部夸克物质的存在方面发挥了关键作用。随着在不久的将来预计会有进一步的观测，与新结果相关的不确定性也将自动减少。
“我们有理由相信，引力波天体物理学的黄金时代才刚刚开始，我们很快就会看到我们对自然理解的更多飞跃，”Vuorinen欣喜地说。
