死亡恒星烹制的核“意大利面”可能揭开恒星来世的秘密

五毒男孩又

美国宇航局的哈勃太空望远镜捕捉到了蟹状星云中央中子星的惊人图像，它以每秒30次的速度旋转，具有可见的脉动外观，很像一颗心脏。蟹状星云中心的一颗中子星(中间偏右的亮星)。(图片鸣谢:NASA/ESA)

（）据美国太空网（本·特纳）：想象一下在超过一万亿度的温度下烹饪意大利面。但这不仅仅是一道普通的周日晚餐。这是在中子星内部发现的“核意大利面”。研究人员刚刚透露，这些奇怪的核形状穿透中子星核心的深度远远超过我们的想象，这可以从根本上改变这些死亡恒星的属性。

中子星是极端的定义。宇宙中一些最大质量恒星的剩余核心，它们通常将相当于几个太阳的物质塞进一个不比曼哈顿大的体积中。为了达到这些不可思议的密度，它们内部的物质被压缩到原子甚至核键都被打破。它只是一个巨大的，自由浮动的中子，电子和质子的热海，通过强核力的复杂相互作用结合在一起。

鉴于这些极端的条件，天文学家仍然不明白中子星的物质是如何组成的。一种可能性是中子星真的是混合体。它们的外壳和外层几乎完全由中子组成，一些电子和质子被扔进混合物中。但是它们的核心经历了如此极端的压力和密度，以至于中子也会分解，留下稠密的半液态夸克——物质最基本的成分。

夸克内核和中子外层之间的关系决定了中子星的整体属性:它如何旋转，当外壳破裂时它如何振动，以及当它在被称为kilonova的爆炸中与其他中子星碰撞时它如何表现。在核心层和外层之间有明显分界的中子星，其行为与在这些区域之间有逐渐混合的中子星不同。然而，由于我们附近没有任何中子星可以打开并进行研究，我们不得不求助于理论模型来试图了解它们的内部。

一对理论物理学家接受了这个挑战。在8月26日提交给预印本数据库arXiv的一篇论文中，他们将最新的夸克和中子行为模型应用于中子星内部。在他们的工作中，他们专注于夸克核心和中子外层之间这种难以捉摸的复杂过渡区，特别是当涉及到…意大利面的出现时，这一工作还有待同行审查。



一个明亮的宇宙爆炸的插图。(图片来源:欧空局，插图由欧空局/ECF提供)

这不是普通的通心粉。这个过渡带的核“面团”是由浸没在夸克海洋中的致密中子团组成的。它们的出现来自强核力和电磁力的复杂相互作用，这导致中子在整个过渡带弯曲和扭曲成各种奇怪的形状。当物理学家首次发现这些结构时，他们发现了各种有趣的形状:块状、管状、棒状和气泡状，类似于意大利菜肴中发现的各种各样的意大利面食形状。(一旦他们意识到“核意大利面”浸在夸克的热水浴中，就像一壶沸水，这个比喻就更管用了。)最后，在足够深的深度，压力变得过于强烈，意大利面分裂成一片夸克的海洋。

研究人员研究了曲率张力的重要作用，曲率张力是弯曲形状对试图将其拉直的变形的阻力。曲率张力类似于我们更熟悉的表面张力，即液体抵抗试图穿透其表面的外力。

研究人员发现，曲率张力可能有利于一些形状，使现在“煮熟”的意大利面能够深入夸克核心，而其他形状则不受欢迎。具体来说，他们发现，由于曲率张力的贡献，管和气泡可以存活到比以前认为的更高的密度，而液滴和杆不会持续很长时间。

这些看似微小的变化，但它们可能会产生巨大的影响。当中子星碰撞，导致基洛诺瓦爆炸时，爆炸的细节——最重要的是，爆炸产生元素周期表中许多较重元素的能力——取决于中子星内部。中子到达核心的距离不同，形状不同，都会改变这些爆炸的发展。

研究人员的下一步是充实这一思路，并研究我们如何利用基洛诺瓦爆炸来揭示中子星内部的详细结构，特别是所有美味的中子形状。