宇宙中最极端的恒星有时会“失灵”——我们现在可能知道为什么了

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一幅插图显示了一颗中子星“失灵”释放出一股无线电波辐射。(图片来源:美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心/克里斯·史密斯(USRA))

（）据美国太空网（罗伯特·李）：科学家可能最终了解中子星“故障”的动力学，当这些超密度死星突然加速旋转时，就会发生这种故障。这种奇怪的行为可能是由内部物质的微小漩涡“打破”这些强烈恒星尸体的表面造成的。

有趣的是，理解中子星行为的新突破来自一个由天体物理学家和量子物理学家组成的统一团队，他们通常研究支配亚原子世界的相互作用，研究地球上一种奇特的物质形式。

对中子星故障的更好理解可以揭示更多关于它们内部组成和运动的信息，从而给科学家们一个窗口，让他们了解一个由可以说是宇宙中最独特和最奇怪的物质形式组成的物体。本质上，中子星几乎完全由中子构成，这就是它们密度如此之大的原因。

“我们的研究在量子力学和天体物理学之间建立了强有力的联系，并为中子星的内部性质提供了一个新的视角，”研究主要作者、因斯布鲁克大学研究员埃琳娜·里坡在一份声明中说。

将中子星带到地球

中子星是在大质量恒星“死亡”时形成的，它们的恒星核心(质量是太阳的一到两倍)坍缩到仅12英里(20公里)的宽度。这绝对是一个巨大的缩减。组成中子星的富含中子的物质密度如此之大，以至于仅仅一块方糖在地球上就重达10亿吨——大约是吉萨大金字塔重量的150倍。

这种极端的重量，加上与这些恒星尸体的巨大距离，意味着我们很难将中子星样本带到地球上进行研究。然而，这个多学科团队确实能够通过使用超冷偶极原子形式的代理人对中子星进行数值模拟，将中子星的研究“脚踏实地”，超冷偶极原子是一种奇异的磁性气体相，带有负电荷的原子与正电荷的原子远距离耦合。

中子星的闪烁可能表明这些物体表面下的物质以超流体的形式存在，这种物质类似于液体，但粘度为零——这是一种衡量流体形状变化或流动阻力的指标。

高粘度流体，如蜂蜜或冷枫糖浆，流动缓慢，甚至可以像固体一样。想想，硬花生酱甚至玻璃。另一方面，低粘度流体流动更快。但是零粘度超流体是另一回事。它们以无数微小旋涡的形式旋转，所有这些旋涡都带有一点系统的角动量。

这种行为的一个关键因素，因此也是中子星故障的一个重要元素，是一种同时显示出晶体和超流体属性的状态，即所谓的“超固体”。如果中子星在旋转时表现出这种行为，通常以每秒数百次的速度旋转，那么当漩涡从恒星的内壳——超流体——爆发到其坚固的晶体外壳时，就会出现故障。这些飞离的漩涡会携带角动量，提高恒星外层的旋转速度。

因斯布鲁克大学Francesca Ferlaino领导的小组在铒(Er)和镝(Dy)的超冷偶极原子中诱导了这种超固相，他也是这项工作的作者之一。

研究小组发现，故障确实可能发生在超冷超固体中，这类似于中子星展示的更大、更极端的故障。这些结果表明，是真正的超流涡旋将角动量带到了这些恒星的表面，使它们看起来像是出了故障。

多学科团队开发的方法现在将通过更详细地研究故障机制以及它如何依赖于超固体材料的质量来进一步探索。这项研究还可以帮助开辟一种新的方法，在实验室中出于其他目的研究恒星残余物，如中子星。

“这项研究展示了一种获得中子星行为洞察力的新方法，并为低能地球实验室的恒星物体量子模拟开辟了新途径，”Ferlaino总结道。

该小组的研究发表在11月的《物理评论快报》杂志上。