最新資訊：新工具利用引力波窺視中子星內(nèi)部

(資料圖)

盡管中子星本身就是了不起的天體物理學(xué)物體，但它們的極端密度也可能使它們成為研究核物理學(xué)基本問題的實驗室，而這些條件在地球上是無法再現(xiàn)的。

由于這些奇特的條件，科學(xué)家們?nèi)圆涣私庵凶有潜旧淼降资怯墒裁礃?gòu)成的，即所謂的“狀態(tài)方程(EoS)”。確定這一點是現(xiàn)代天體物理學(xué)研究的一個主要目標。高級研究學(xué)院(IAS)的一對學(xué)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這一難題的一個新部分，這部分制約了可能性的范圍。

理想情況下，天體物理學(xué)家希望能看到這些奇異天體的內(nèi)部，但它們太小太遠，無法用標準望遠鏡成像。研究人員轉(zhuǎn)而依靠他們可以測量的間接屬性--如中子星的質(zhì)量和半徑--來計算EoS。這很像人們使用直角三角形兩邊的長度來計算其斜邊。然而這里的一個問題是，中子星的半徑是很難精確測量的。對未來的觀測來說，一個有希望的替代方法是用一個叫做“峰值頻譜"（或f2）”的量來代替它。

但f2是如何測量的呢？受愛因斯坦相對論定律支配的中子星之間的碰撞會導(dǎo)致強烈的引力波發(fā)射爆發(fā)。2017年，科學(xué)家首次直接測量了這種發(fā)射。“至少在原則上，可以從兩顆合并的中子星的晃動殘余物所發(fā)射的引力波信號中計算出峰值頻譜，”Elias Most說道。

以前人們預(yù)計f2將是半徑的合理替代物，因為--直到現(xiàn)在--研究人員認為它們之間存在著直接的或“準普遍的”對應(yīng)關(guān)系。然而，Carolyn Raithel和Most已經(jīng)證明，這并不總是真的。他們已經(jīng)表明，確定EoS并不像解決一個簡單的斜邊問題。相反，它更類似于計算一個不規(guī)則三角形的最長邊，其中還需要第三個信息：兩條短邊之間的角度。對于Raithel和Most來說，這第三條信息是“質(zhì)量-半徑關(guān)系的斜率”，跟半徑相比，它編碼了更高密度（因此是更極端條件）下的EoS信息。

這項新發(fā)現(xiàn)將使跟下一代引力波觀測站合作的研究人員能更好地利用中子星合并后獲得的數(shù)據(jù)。據(jù)Raithel介紹稱，這些數(shù)據(jù)可以揭示出中子星物質(zhì)的基本成分。“一些理論預(yù)測表明，在中子星核心內(nèi)，相變可能正在將中子溶解為稱為夸克的亞原子粒子，”Raithel說道，“這將意味著這些恒星在其內(nèi)部含有一片自由夸克物質(zhì)的海洋。我們的工作可能有助于明天的研究人員確定這種相變是否真的發(fā)生。”