中子星是密度僅次於黑洞的天體，科學家一般透過「狀態方程式」來描繪中子星內部物理過程。但最近，望遠鏡數據發現三顆異常寒冷的年輕中子星，冷卻速度比預期還快，挑戰目前模型。
在熱力學領域，狀態方程式（Equation of state）能描述給定物理條件下的物質狀態，如：溫度、壓力、體積、內能等，拿來研究恆星內部相當有用。
雖然天文學家還不確定數百個可能的狀態方程模型中，哪一個才能正確描述中子星內部，且單一中子星行為取決於自身質量、轉速等特性，但物理定律表明所有中子星都應遵守相同狀態方程。中子星溫度是確定年齡的可靠方法，年齡越大溫度便越低。
然而，當天文學家深入研究歐洲太空總署 XMM-牛頓衛星（XMM-Newton）、NASA 錢卓拉天文台數據後，卻發現有三顆中子星溫度較同齡中子星異常低 10~100 倍。比較不同模型預測的冷卻速率後，研究員表示，三顆中子星和絕大多數狀態方程模型都不相容。
「以這三顆中子星年齡來看，表面低溫只能透過快速冷卻機制解釋。」團隊根據中子星表面發出的 X 射線推斷中子星溫度，再透過周圍超新星殘骸大小、速度估算中子星年齡，在分析包含不同冷卻機制的狀態方程式、描繪中子星「冷卻曲線」後，研究人員發現，快速冷卻機制只有某些狀態方程式能描述，很多模型將因此被排除。
眾所周知，物理學家現在還無法合理結合廣義相對論與量子力學，而中子星是最好的理論試驗場，找出描述中子星內部運作的真正狀態方程式，對理解宇宙基本定律具重要意義。新論文發表於《自然天文學》（Nature Astronomy）期刊。
（首圖來源：歐洲太空總署）
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