結合重力波數據,天文學家相信中子星有奇異夸克核心

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 03 日 15:39 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


中子星是宇宙中最小但密度最高的恆星,其內部中子和質子緊密堆積在一起,因此恆星本體幾乎可被視為一個巨大原子核。過去科學家一直不清楚中子星內部是否坍塌成另一種更奇特的夸克物質,現在新研究透過中子星碰撞之重力波結果推論出,其內部可能擁有夸克核心(quark cores)。

一般情況下,質子和中子是由夸克組成的複合粒子,但當處於極端溫度或極高密度下時,原子物質會塌陷成非常密集的核物質,而科學家長期懷疑中子星內部可能會有比核物質更奇特的狀態,稱為夸克物質(quark matter):中子、質子「融化」混在一起、使原本被關禁閉的夸克能自由移動,該狀態下不再存在「原子核」。

據信,夸克物質在大爆炸後約 20 微秒內充滿於宇宙中,但如今由於宇宙冷卻,僅可能在大型強子對撞機實驗或中子星核心發現它們──中子星半徑通常僅約 10 公里,但質量卻是太陽 1.4~2.2 倍,為宇宙中密度僅次於超大質量黑洞的天體,因此物理學家認為夸克物質應存在於中子星內部。

中子星全由核物質組成的可能性非常小,但並非為零,因此科學家要做的事情就是量化中子星由奇異物質構成的數據,2017 年時,LIGO 與 Vergo 首次探測到了 2 個中子星合併所產生之重力波,並得出中子星半徑的上限約 13 公里,而隨著中子星半徑與質量的訊息揭露越多,越能減少中子星物質與熱力學相關的不確定性。

現在芬蘭赫爾辛基大學團隊將理論與天體測量結果相結合,認為可推論出中子星內部物質的特徵與特性,尤其是質量達太陽 2 倍以上的中子星,幾乎可以確認它們擁有夸克核;在某些情況下,夸克物質甚至可能構成中子星本身一半以上。

重力波物理學才剛進入黃金時代,科學家將握有越來越多中子星數據,期望解開奇異物質之謎。新論文發表在《自然物理學》(Nature Physics)期刊。

(首圖來源:赫爾辛基大學

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