中子星內部結構的驚人發現

作者 | 發布日期 2022 年 12 月 02 日 15:17 | 分類 天文 line share follow us in feedly line share
中子星內部結構的驚人發現


為了解中子星無法解釋的特性,物理學家模擬超過 100 萬個狀態方程式,大量模型計算後,法蘭克福大學物理學家對中子星結構得出結論,即根據質量不同,核心有非常堅硬或非常柔軟兩種。

中子星是極緻密的天體,大質量恆星死亡後的產物,質量和太陽相當甚至更大,卻不可思議壓縮成直徑與大城市相當的球體。60多年前發現後,科學家便一直試圖破解結構,但至今仍對中子星結構所知甚少。由於極端特性,使中子星無法在地球實驗室重現,僅能透過模型計算,模擬中子星的極端條件,也是最大的挑戰。這次在狀態方程式幫助下,描述密度和溫度等各種特性,試圖重建中子星從表面到內核結構,團隊模擬超過100萬個狀態方程式,除了滿足理論核物理限制,同時也要滿足天文觀測結果。

評估狀態方程式時,研究團隊有驚人發現,「輕」中子星(質量小於1.7個太陽質量)似乎有柔軟地函和堅硬內核,「重」中子星(質量約1.7個太陽質量)反而有堅硬地函和軟核。這結果可直接測量中子星中心有多大可壓縮性,如夾心巧克力,輕質量類似中心是榛果,外圍是軟巧克力包裹的榛果巧克力;較重就像硬層包裹柔軟餡料的巧克力。探測關鍵是音速,音波經物體傳播的速度,取決於物質的軟硬度,地球音速也可探索內部和發現油礦。

建立狀態方程式模型,物理學家還發現中子星以前無法解釋的特性,如不管質量為何,半徑很可能都只有12公里。研究人員表示廣泛數值研究不僅能預測中子星半徑和最大質量,還對雙星系統形變能力設定新限制,即透過重力場相互扭曲程度,對天文觀測、合併恆星重力波探測確定未知狀態方程式特別重要。研究成果將發表於《The Astrophysical Journal Letters》期刊。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:P. Kiefer / L. Rezzolla / 法蘭克福大學