中子星内部可能看起来像一个巨大的原子核

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插图显示了由夸克物质构成的中子星的横截面(图片来源:Jyrki Hokkanen/CSC)

（）据美国太空网（罗伯特·李）：科学家们可能比以往任何时候都更接近于破解隐藏在死亡的超致密恒星(称为中子星)表面深处的秘密。

一项新的超级计算机对中子星的分析显示，这些天体有80%至90%的可能性具有充满自由夸克的内核，自由夸克是基本的亚原子粒子，通常只在质子和中子等其他粒子中发现。

质子和中子本身聚集在一起形成原子核，电子围绕在原子核周围。但根据该团队的说法，如果中子星核心确实充满了自由夸克，它们将由一种被称为“冷夸克物质”的奇异物质组成。而在冷夸克物质中，单个质子和中子不可能存在。所以，原子不可能存在。只有夸克。

如果是真的，这将使中子星类似于难以置信的巨大原子核。

“具体地看到每一个新的中子星观测如何使我们能够越来越精确地推断中子星物质的属性，这是令人着迷的，”即将接任赫尔辛基大学副教授的研究主要作者Joonas N? ttil?在一份声明中说。

当质量为太阳10至20倍的恒星耗尽其核心发生内在核聚变所需的燃料时，中子星就诞生了。这导致向外的能量停止，这种能量在数百万年甚至数十亿年中，保持恒星稳定，对抗其自身重力的向内压力。

随着引力成为这场宇宙拉锯战的胜利者，恒星的核心开始坍缩。当这种情况发生时，仍在发生核聚变的恒星外层物质在大规模超新星爆炸中被吹走。

这使得恒星核心的质量在太阳的一到两倍之间，浓缩到只有大约12英里(20公里)的宽度。

现在中子星的尺寸大幅缩小，产生了密度如此之大的物质，如果带到地球上，一块方糖大小的物质将重达10亿吨。这个方糖的重量相当于3000个帝国大厦。

所以现在的问题是，这种不可思议的奇异物质，可能在宇宙中其他地方都找不到，是由什么组成的？更一般地说，这些死亡恒星最密集区域的条件真的能创造出一种全新的物质相，称为没有质子和中子的冷夸克物质吗？

科学家不能访问中子星来获得这种物质的样本；即使是最近的中子星也在400光年之外，所以下一个最好的办法是使用实际天文数据和超级计算机的强大组合来模拟恒星表面下的条件。

这项新研究使用了一种称为贝叶斯推断的统计推断，通过与观察数据进行直接比较来计算不同模型参数的可能性。

这使得该团队能够确定中子星物质的边界，使工作人员得出结论，冷夸克物质的存在概率很高。该机制还表明，中子星中存在一种“非核”物质状态，其中夸克被允许存在于质子、中子和其他粒子中。

赫尔辛基大学理论物理学教授Aleksi Vuorinen在声明中说:“它们的组成夸克和胶子反而从典型的颜色限制中解放出来，并被允许几乎自由地移动。”

该小组的超级计算机模拟还表明，中子星内的物质经历从核物质到“夸克物质”的快速状态变化的概率低于20%，几乎就像水变成冰一样。这种物质的快速变化可能会破坏中子星的稳定，甚至会使一个微小的夸克物质坍缩而产生黑洞。

这项研究还提出，通过进一步的分析，未来可以完全证实夸克物质核心的存在。

这个问题的关键是确定从核物质到夸克物质的相变强度，当引力波探测器变得足够敏感，能够“听到”时空中源于两颗围绕彼此轨道运行的中子星碰撞前最后一刻的微小波纹时，这是可能的。

尽管如此，即使有了改进的观测数据，更好的中子星核心模型仍然需要大量的计算能力和时间。

“我们必须使用数百万个CPU小时的超级计算机时间，才能将我们的理论预测与观测进行比较，并限制夸克物质核心的可能性，”团队成员、赫尔辛基大学的研究生Joonas Hirvonen在声明中说。

该团队的研究发表在12月的《自然通讯》杂志上。