科學家發現了是什麼物質將憤怒的中子星給冷靜了下來

中子星是巨星的憤怒幽靈：超新星後留下的熾熱旋轉的奇異物質核心。就像裝滿熱麵條湯的熱水瓶一樣，它們要花上千萬年才能冷卻下來。

現在，研究人員認為他們知道這些恆星是如何做到的：中子星通過釋放被稱為中微子的粒子來冷卻。這項新的研究表明，他們之所以能完成這項任務，是因為中間有一種被稱為核通心粉的物質，這種物質是一種波紋狀的捲曲材料，其中的原子幾乎（但並不完全）混合在一起。這種核通心粉結構在恆星內部形成了低密度區域，使中微子和熱量有了出路。

滯留的熱量如何釋放

從中子星表面刮下的一茶匙物質將重達數十億噸，超過地球上每個人的總和。這種密度有助於它們很好地捕捉熱量。雖然我們的太陽被認為是一顆黃矮星，它以光的形式釋放出它的大部分熱量，但中子星內部產生的輕粒子很少能到達表面逃逸。不過，這些狂暴的不死恆星，它們每個都有一個城市那麼大，最終還是會平靜下來，而平靜的方式主要是通過發射中微子。

中子星的物質組成

為了了解中子星是如何冷卻的，10月6日發表在《物理評論C》雜誌上的一項新研究的研究人員對中子星內部的物質進行了更仔細的研究。

普通恆星是由常規物質或原子組成的：由質子和中子組成的小球，周圍環繞著相對巨大的旋轉電子云。與此同時，中子星的內部密度如此之高，以至於原子結構破裂，形成了一個巨大的所謂核物質海洋。在中子星之外，核物質是指原子核內的物質，即由質子和中子組成的緻密球。而且它是由複雜的規則所支配的，科學家們至今還沒有完全理解核通心粉結構物質是介於常規物質和核物質之間的物質。

「核通心粉結構物質是介於核物質和常規物質之間的東西，」這項研究的合著者、伊利諾州立大學的物理學家查爾斯·霍洛維茨說，「如果你開始在一顆中子星中真的、非常用力地擠壓物質，核會越來越靠近，最終它們開始接觸。」當它們開始接觸時，奇怪的事情就會發生。」

在過去十年的大部分時間裡，科學家們都知道這種核通心粉結構物質就在中子星內部，就在它們的外殼之下，在這個區域，常規物質轉變成奇異的，鮮為人知的核物質。他們也知道中微子的發射有助於冷卻中子星。新的研究顯示了核通心粉結構物質如何幫助釋放中微子。

霍洛維茨說，這項研究的主要作者、亞利桑那大學的博士後研究員齊杜林（zidulin）設計了一系列龐大的計算機模擬程序，展示了中微子在這種不可思議的環境中是如何出現的。

在中子星中產生中微子的基本公式是直截了當的：中子衰變，轉化為一個稍輕的低能質子和一個超輕的中微子。這是一個簡單的過程，在太空的其他地方，包括我們的太陽，都會發生。（就在這一秒，大量的太陽中微子流通過你的身體。）

中子星，顧名思義，有大量的中子，所有的中子都以高能量和大量的動量旋轉。但是中微子的配方要求產生一個幾乎沒有動量的低能質子。然而，動量不能就這樣消失。它總是保持恆定的。這是牛頓第一運動定律。（這也是為什麼如果你的車突然停下來，而且你沒有系安全帶，你就會飛出窗外。）

羽狀中微子不能承擔相對龐大的衰變中子的所有動量。所以動力唯一的另一個地方就是進入周圍的環境。稠密、堅硬的核物質是一個可怕的地方，可以用來釋放動量。這就像開著一輛跑車高速駛入一塊厚厚的花崗巖板上，巖石几乎不動，汽車也會像煎餅一樣，因為這種動力無處可去。中子星發射的簡單模型很難解釋核物質如何吸收足夠的動量讓中微子逃逸。

齊杜林的模型表明，核通心粉結構物質解決了這個問題的大部分。那些捲曲的、分層的形狀有低密度區域。它可以壓縮，吸收波紋運動中的動量。就好像那面花崗巖的牆裝在彈簧上，彈簧壓縮了汽車的撞擊力。

研究人員表明，從核通心粉結構物質發射的中微子可能比中子星核心的中微子發射效率高得多。這意味著核通心粉結構物質很可能是造成降溫的主要原因。

霍洛維茨說，這項研究確實表明中子星的冷卻速度比預期的要慢，這意味著它們壽命更長。他說，時空的歷史將不得不調整，以解釋它們在億萬年中在極端高溫下不可思議的持續存在。