赫尔辛基大学 在过去的40年里，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
学分:杰尔基·霍卡恩，CSC -信息技术科学中心 芬兰的一个研究小组发现了强有力的证据，证明现存最大的中子星核心内存在奇异的夸克物质
他们通过结合最近从理论粒子和核物理到中子星碰撞引力波测量的结果得出了这个结论
我们周围所有正常的物质都是由原子组成的，原子的致密原子核，包括质子和中子，被带负电荷的电子所包围
然而，众所周知，在中子星内部，原子物质坍缩成密度极大的核物质，其中中子和质子紧密地聚集在一起，整个恒星可以被认为是一个巨大的原子核
到目前为止，还不清楚最大质量中子星核心的核物质是否会坍缩成一种更奇特的状态，称为夸克物质，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现在声称这个问题的答案是肯定的
新的结果发表在《自然物理学》上
赫尔辛基大学物理系的副教授阿列克西·沃里宁说:“自从大约40年前中子星物理学第一次考虑到这种可能性以来，确认中子星内部夸克核心的存在一直是中子星物理学最重要的目标之一。”
存在的可能性很大 即使是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种解决这个问题的新方法
他们意识到，通过将理论粒子和核物理的最新发现与天体物理测量相结合，也许有可能推断出中子星内部物质的特征和身份
除了沃里宁，该小组还包括来自赫尔辛基的博士生埃梅利·安纳拉，以及他们的同事弗吉尼亚大学的泰勒·戈达、欧洲核子研究中心的阿列克西·库尔凯拉和哥伦比亚大学的约纳斯·内蒂勒
根据这项研究，位于最大质量稳定中子星核心内部的物质与夸克物质的相似性比普通核物质要大得多
计算表明，在这些恒星中，被认为是夸克物质的核心的直径可以超过整个中子星的一半
然而，沃里宁指出，中子星的确切结构仍然存在许多不确定性
声称夸克物质几乎肯定已经被发现是什么意思？ “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，我们能够做的是量化这个场景需要什么
简而言之，致密核物质的行为需要真正的奇特
例如，声音的速度几乎需要达到光速，”沃里宁解释道
根据引力波观测确定半径 促成这一新发现的一个关键因素是最近在观测天体物理学中出现的两个结果:对中子星合并产生的重力波的测量和对质量接近两个太阳质量的超大质量中子星的探测
2017年秋天，LIGO天文台和处女座天文台首次探测到两颗合并的中子星产生的引力波
这一观测为一个叫做潮汐变形性的量设定了一个严格的上限，这个量衡量了一颗轨道恒星的结构对其伴星的引力场的敏感性
这个结果随后被用来推导碰撞中子星半径的上限，结果是大约13公里
类似地，虽然对中子星的第一次观测可以追溯到1967年，但对这些恒星的精确质量测量只有在过去20年左右才有可能
大多数质量已知的恒星都落在1到1的窗口内
7个恒星的质量，但是在过去的十年中，已经发现了三颗恒星达到甚至可能稍微超过两个太阳质量的极限
预期会有进一步的观察 有点违反直觉的是，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热力学性质相关的不确定性
这也使得芬兰研究小组在他们的自然物理学文章中提出的分析得以完成
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相结合
这使得推导出中子星物质状态方程的精确预测成为可能，该方程是指中子星物质的压力和能量密度之间的关系
这个过程的一个组成部分是广义相对论的一个众所周知的结果，它将状态方程与中子星半径和质量的可能值之间的关系联系起来
自2017年秋季以来，观察到了一些新的中子星合并，LIGO和处女座很快成为中子星研究的一个组成部分
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以及证实中子星内部存在夸克物质方面发挥了关键作用
随着在不久的将来预期的进一步观察，与新结果相关的不确定性也将自动减少
“有理由相信引力波天体物理学的黄金时代才刚刚开始，我们将很快在对自然的理解中见证更多这样的飞跃，”沃里宁欣喜地说
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