中子星内部夸克物质或被证实将对物理学研究产生深远影响

2020-06-04

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过去40年，证实中子星内部存在夸克核一直是中子星物理学最重要的目标之一。芬兰科学家在最新一期《自然·物理学》杂志撰文指出，他们已经找到有力证据，证明迄今最大中子星内核存在奇异的夸克物质。

研究人员解释说，我们周围所有普通物质都由原子组成，原子致密的原子核由质子、中子及围绕在其周围的电子组成。但在中子星内部，原子会坍塌成密度极高的核物质，其中中子和质子紧紧“依偎”在一起，因此整个中子星可视为一个巨大的核。此前，科学家一直不清楚，质量最大中子星内核中的物质是否会坍塌成更奇特的夸克物质。

最新研究发现，最大稳定质量中子星核内的物质，与夸克物质的相似度远高于与普通核物质的相似度。计算结果显示，被确认为夸克物质的核的直径可能超过整个中子星直径的一半。

研究人员表示，促成这一新发现的关键在于天体物理学研究近期取得的两个重要成果：中子星并和产生的引力波的测定，以及对质量接近两倍太阳质量的大型中子星的探测。

2017年秋，美国LIGO和欧洲Virgo天文台首次探测到两个中子星并和产生的引力波，并推导出碰撞中子星半径的上限约为13千米。此外，在过去10年中，科学家观测到3颗中子星的质量达到甚至可能略微超过两倍太阳质量。关于中子星半径和质量的信息大大减少了与中子星物质热力学性质相关的不确定性。

在新分析中，科学家将上述研究成果结合，对中子星物质的状态方程（中子星物质压力与能量密度之间的关系）进行准确预测，确认中子星内部存在夸克物质。

赫尔辛基大学副教授阿列克西·沃林恩说，中子星的确切结构仍存在诸多不确定性。自2017年秋天以来，科学家已经观察到许多新的中子星合并事件，预计不久的将来会有进一步观测结果，对此项研究进行证实或证伪。

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