无厘头研究：中子星好似巧克力

艺术想像: 巧克力般的中子星，图：(Peter Kiefer & Luciano Rezzolla)

生活并不真的像一盒巧克力，但似乎有什么东西就是这样。中子星——宇宙中密度最大的物体之一——可能有与巧克力非常相似的结构，要么是粘糊糊的，要么硬邦邦。

这些中心由什么样的粒子结构组成仍然是未知的，但揭示这一令人惊讶的结果的新理论工作可能会让我们更接近理解这些死亡恒星的奇怪内部，以及我们宇宙中可能的疯狂极端。

中子星非常不可思议。如果我们认为黑洞是巨大的(如果不是无限大的话)物质集中的物体，那么中子星在宇宙最密集奖中获得第二名。一颗质量大约是太阳8到30倍的恒星，一旦其内核没有足够的物质可以融合，它就不再受到向外的热量压力的支撑，内核就会在重力作用下坍缩，成为它的外壳。周围的气体飘向太空。

由此产生的中子星的质量减少到太阳质量的2.3倍左右，但它被挤压成一个直径只有20公里的球体。这些东西是大写的 "致密"(DENSE)——而在这种令人震惊的压力下物质究竟发生了什么，是科学家们迫切想知道的。

一些研究认为原子核聚集在一起直到形成类似意大利面的形状，另一些人则认为，在中子星的内部更深处，压力变得如此极端，以至于原子核完全不复存在，凝聚成夸克物质的“汤”。

现在，由德国歌德大学的Luciano Rezzolla领导的理论物理学家发现，中子星可能类似于有不同馅料的巧克力。

该团队将理论核物理和天体物理观测相结合，开发了一套超过100万个“状态方程”，这些方程将给定系统(在本例中为中子星星)的压力、温度和体积联系起来。

利用这些数据，研究小组开发了中子星中声速的标度相关描述。这就是它的有趣之处。在一个特定的物体中，无论是恒星还是行星，其声速可以揭示其内部的结构。

正如地球和火星上的地震波在不同密度的材料中的传播方式不同，揭示出结构和层次一样，在恒星中反弹的声波可以揭示出它们内部发生的事情。

当研究小组使用状态方程研究中子星的声速时，发现中子星的结构并不是完全一致的。相反，质量范围低端的中子星，即低于1.7倍太阳质量的中子星，似乎有一个软的地幔和更硬的内核，而那些高于1.7太阳质量的中子星有一个硬的地幔和一个软的内核。

Rezzolla说："这个结果非常有趣，因为它让我们直接测量了中子星中心的可压缩性。"
"中子星的行为显然有点像巧克力果仁：轻质星类似于那些中心有榛子的巧克力周围有软巧克力的巧克力，而重质星可以被认为更像那些硬层包含软心的巧克力。"

这似乎符合对中子星内部的核意面和夸克汤的解释，但它也提供了新的信息，可以帮助在未来的工作中为各种质量的中子星建模。

这也可以解释为什么无论其质量如何，所有的中子星都有大约20公里的大致相同的直径。

歌德大学的物理学家Christian Ecker说："我们广泛的数值研究不仅使我们能够对中子星的半径和最大质量进行预测，而且还对它们在双星系统中的可变形性设定新的限制，即它们通过引力场相互扭曲的程度。"
“这些见解将变得特别重要，以查明未知的状态方程与未来的天文观测和探测引力波 从合并的恒星。”

巧克力果仁的核夸克汤，有人想要吗？

本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。