研究人员破解中子星的内部秘密

研究人员首次利用闪烁中子星的数据来制约这些被称为脉冲星的可能存在于任何物质形态的高密度物质。虽然我们所说的中子星主要是由中子构成的，但它们深处所包含的物质的真实性质却充满了神秘感。

但在即将发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，美国华盛顿大学的马克·奥尔福德和凯·施文策表示，诀窍在于如何使用毫秒脉冲星的数据。

以往对中子星内部的研究依赖于脉冲星的前体--低质量X射线双星（LMXBs）。LMXBs存在于双星系统中，从其伴星中吸收物质，直到伴星被完全吞噬，从而创造出一个旋转速度极快的脉冲星--每毫秒左右一次。不幸的是，LMXBs只能提供关于中子星内部存在何种物质的有限信息。

核心物质

所有已知的物质都是由夸克组成的，并以哈德隆的形式通过强烈的相互作用保持在一起--或者说 "限制"。然而，中子星中的物质很可能更奇特，因为物理条件是如此极端--它们拥有已知最强的磁场，只有黑洞的密度更大。事实上，它们的密度如此之高，以至于夸克之间的相互作用可能会变得很弱，从而使夸克分离，或者变得 "脱构"。这可能导致一种被称为 "夸克物质 "的物质形式，这种物质与我们所观察到的任何物质都不同。

研究人员过去曾研究过LMXB的数据，以排除中子星可能采取的物质形式，但LMXB是一个混乱的系统，它们的自旋速度几乎不能告诉我们它们的内部情况。奥尔福德表示，“LMXB不断增加的自旋速率所能告诉你的只是它那天早上从伴星那里吸收了多少物质”。因此，我们很难判断所测量的特性是与恒星的组成有关，还是与伴星的相互作用有关。使用LMXBs的另一个缺点是，我们从几十颗LMXBs获得的数据非常有限。

相比之下，毫秒脉冲星是非常明确的系统，其旋转频率精确到可以与原子钟相媲美。另一个好处是，存在着数百颗毫秒脉冲星的数据。然而，毫秒脉冲星也有自己的问题，那就是我们对它们的温度一无所知，而研究人员之前正是依靠这种测量方法来弄清中子星是由什么组成的。

新方程

奥尔福德和施文策所做的是找到一种方法，将之前已有的毫秒脉冲星数据与恒星的内部特性联系起来--而不必使用温度测量。相反，研究人员利用脉冲星以电磁波甚至可能是引力波的形式释放能量时，其旋转速度逐渐变慢。

这使得研究人员利用毫秒脉冲星计时庞大而精确的数据库，更好地分辨出中子星内部物质到底是什么样子。

为了证明新方法，奥尔福德和施文策比以前的方法更有把握地证实，我们所知道的脉冲星所拥有的密闭的强子物质外壳可能包含一个不密闭的、相互作用的夸克物质的核心。“有趣的是，所考虑的夸克物质的形式与脉冲星数据兼容，"施文泽说，"但紧凑型恒星是复杂的物体，需要更多的工作来了解它们是由什么构成的。"

提醒

新方法的一个关键部分涉及将毫秒脉冲星自旋率的下降与脉冲星因全局振荡而产生的阻尼量联系起来。这种阻尼被称为 "r模式"，与内部物质的粘度有关，这意味着可以计算出物质本身可能的细节。

然而，德国慕尼黑大学国际马克斯-普朗克天体物理学研究学院总经理维尔纳-贝克尔没有参与这项工作，他对该方法依赖中子星中存在r-modes的做法提出质疑。他说："这种存在根本没有得到实验证明，主要是一种'可能'的情况。"

作者: Louise Mayor

FY: Charon

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