中子星內部異物質的存在現已被證實

2020-08-28 天文在線

研究人員一直致力於研究中子星的內部，假設其內部在足夠高的熱量和密度下，中子會進一步分解成它們的組成夸克。Vuorinen和他的團隊利用了引力波信號與新的理論和粒子物理結果一起產生其誘人的計算，結果表明如果這些核心是夸克物質將更能解釋出現的事實現象。

目前，中子星逐漸成為了宇宙中最「美味」的物體。在中子星外殼下的「核意面」被發現之後，新的證據表明，中子星的核心是由一種充滿夸克的「奇異湯」而組成的。

物理學家們利用了2017年八月檢測到的數據，分別來自一次中子星碰撞的重力波和觀測到的有著驚人重量的中子星，從而計算出了激動人心的結果——由於中子星核心的密度極大，原子核無法存在於中子星的核心，取而代之的是更小的夸克粒子。

研究者們稱，這個發現是在探索這些星體內部的道路上一個重要的裡程碑。

來自赫爾辛基大學和赫爾辛基物理學院的理論物理學家Aleksi Vuorinen說道：「早在四十年前，中子星擁有夸克組成的核心的可能性就被提出了，而證明這個假說則是完成了中子星物理研究的一個重要目標。」

中子星是一種非常奇特的星體。他們實際上是「死」的—— 坍縮星坍縮後留下的物質往往會有著8至30個太陽質量（以太陽的質量為基礎單位的測量方法）那麼重。當坍縮星成為超新星時，他們大部分的組成都會爆裂而成為宇宙中的碎片；留下的核心則會坍縮成一個密度極高的星體。這個由於另一星體「死亡」而形成的星體則是中子星。

中子星的質量在1.1到2.3個太陽質量之間，直徑卻只有10到20公裡。就算五個比太陽質量還大的中子星排在一起，也不會比哈德良長城更長，甚至還有空隙。

當超新星發生核心坍縮時，組成這個星體的原子中的質子和電子被壓縮而成為中子和中微子。中微子會離開這個星體，而剩下的中子則會在巨大的壓力下融合在一起，使中子星成為一個巨大的核。在中子星的地殼底部，它的密度可以達到水的100萬億倍。（這就是組成前文提到的「核意面」的部分。）

然而，根據理論，中子星的密度會隨著深度的增加而增加，這也是為什麼科學家們提出了夸克核的理論。夸克是最基礎的亞原子微粒，例如質子和中子就是由夸克組成的。

說到這裡，研究的下一步推理就很明顯了。近幾十年來，天文學家們提出了這樣的假設：當溫度和密度達到一定高的程度時，中子會繼續分解成為夸克，而形成一種流動的夸克內核。

雖然假說已經被提出來了，但是研究中子星的內部絕不是一個簡單的工作。所以在2017年八月發生的GW170817號星體碰撞成為了天文學家們最為之興奮的事件。這次碰撞中的兩個星體在接近對方的過程中由於重力而發生了變形，從而使天文學家們觀測到了他們內部的信息。

Vuorinen和他的團隊使用了引力波信號和新的理論以及粒子物理的結果來進行研究。他們發現，當中子星達到一個質量上限（至少兩個太陽質量）時，中子星的核則會表現出夸克組成的特徵，而夸克核的直徑是中子星直徑的一半以上。

雖然這些結論還不是百分之百準確，但是計算表明，就算中子星的內部不是由夸克組成的，那麼他也一定有一些我們從未見過的物質在核心裡。

Vuorinen解釋說道：「還有一種微小的可能性，那就是所有的中子星都只由核物質組成。我們現在能做的就是量化現有的數據。說白了，這些大密度的核物質所呈現的數據需要與眾不同。」

中子星內部有夸克核不只是一個令人驚嘆的發現，它還能夠幫助我們了解到宇宙起源的一些信息。

宇宙學家認為，在宇宙大爆炸的幾微秒之後，也就是「夸克時期」，宇宙充滿了夸克-膠子的漿狀物質，然後迅速融合成為了強子。

在今天，我們只能從粒子對撞機實驗中觀測到少量的夸克；然而，中子星裡有極大的可能性含有夸克。如果我們能夠了解中子星的夸克核形成的環境與條件，我們就能夠更好地研究「夸克時期」發生的事情。

自從GW170817次碰撞以來，雷射幹涉儀重力波觀測站（簡稱LIGO）以及處女座重力波團隊（簡稱Virgo）稱，第二起中子星碰撞事件出現了。隨後還會有越來越多的中子星活動被觀測到。當更多的數據被總結之後，關於中子星現有的信息將進一步被證實。

Vuorinen說道：「我們可以說，引力波天文物理學的黃金時代才剛剛開始，而我們也將會通過一次次的新發現來加深我們對大自然與宇宙的理解。」

作者: MICHELLE STARR

FY:派派

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