作為宇宙事件之一的中子星合并，其影響也是范圍廣大，同時(shí)也是黑洞誕生的方式之一！測(cè)量?jī)深w正在合并中子星引力波的機(jī)會(huì)，可以回答有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一些基本問題。在合并過程中極高的溫度和密度下，科學(xué)家們已經(jīng)推測(cè)出一種相變，在這種相變中中子溶解成它們的組成夸克和膠子。

兩個(gè)國(guó)際研究小組報(bào)告了他們對(duì)引力波中這種相變特征的計(jì)算結(jié)果，其研究發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上?？淇?，物質(zhì)最小的組成部分，在自然界中從不單獨(dú)出現(xiàn)。它們總是緊緊地束縛在質(zhì)子和中子中。然而，和太陽(yáng)一樣重的中子星，卻只有法蘭克福這樣的城市那么大，其核心密度如此之大

博科園-科學(xué)科普：以至于可能會(huì)發(fā)生中子物質(zhì)向夸克物質(zhì)的轉(zhuǎn)變，物理學(xué)家把這個(gè)過程稱為相變，類似于水的液-氣相變。特別是，這種相變?cè)诶碚撋鲜强赡艿?，?dāng)中子星合并形成一個(gè)質(zhì)量非常大的超穩(wěn)定物體，密度超過原子核，溫度是太陽(yáng)核心溫度的10000倍。中子星合并發(fā)出的引力波測(cè)量可以作為外層空間可能發(fā)生相變的一種信使。相變應(yīng)該在引力波信號(hào)中留下特征特征。來自法蘭克福、達(dá)姆施塔特和俄亥俄(歌德大學(xué)/FIAS/GSI/肯特大學(xué))的研究小組，以及來自達(dá)姆施塔特和弗羅茨瓦夫(GSI/弗羅茨瓦夫大學(xué))的研究小組使用現(xiàn)代超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算出這個(gè)簽名可能是什么樣子。

為此，他們使用了多種相變理論模型。如果在實(shí)際合并后發(fā)生更多的相變，那么在合并后的對(duì)象中會(huì)逐漸出現(xiàn)少量夸克。歌德大學(xué)理論天體物理學(xué)教授Luciano Rezzolla：借助愛因斯坦方程，我們第一次能夠證明，結(jié)構(gòu)上的這種細(xì)微變化將產(chǎn)生引力波信號(hào)的偏差，直到新形成的大質(zhì)量中子星在自身的重量下坍縮，形成黑洞。在Darmstadt的GSI Helmholtzzentrum fur schwerionschung博士的計(jì)算機(jī)模型中，一個(gè)相變已經(jīng)在合并之后直接發(fā)生：一個(gè)夸克物質(zhì)的核心在中心物體的內(nèi)部形成。鮑斯文說：我們成功地證明，在這種情況下，引力波信號(hào)的頻率將發(fā)生明顯的變化。

因此，確定了中子星合并引力波相變的一個(gè)可測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。并不是所有引力波信號(hào)的細(xì)節(jié)都可以用電流探測(cè)器測(cè)量到。然而，它們將成為可觀測(cè)的下一代探測(cè)器，以及與我們相對(duì)接近的合并事件?；パa(bǔ)的方法來回答這個(gè)問題夸克物質(zhì)提供兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：在GSI現(xiàn)有的HADES裝置上碰撞重離子，在GSI目前正在建設(shè)的反質(zhì)子和離子研究設(shè)施(FAIR)上碰撞未來的CBM探測(cè)器，將產(chǎn)生壓縮核物質(zhì)。在碰撞中，有可能產(chǎn)生類似中子星合并時(shí)的溫度和密度。這兩種方法都對(duì)核物質(zhì)相變的發(fā)生及其基本性質(zhì)提供了新見解。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:??亥姆霍茲德國(guó)研究中心協(xié)會(huì)

參考期刊文獻(xiàn):《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.061101

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.061102

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