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研究人員首次利用閃爍中子星的數(shù)據(jù)來(lái)制約這些被稱為脈沖星的可能存在于任何物質(zhì)形態(tài)的高密度物質(zhì)。雖然我們所說(shuō)的中子星主要是由中子構(gòu)成的，但它們深處所包含的物質(zhì)的真實(shí)性質(zhì)卻充滿了神秘感。

但在即將發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的一篇論文中，美國(guó)華盛頓大學(xué)的馬克·奧爾福德和凱·施文策表示，訣竅在于如何使用毫秒脈沖星的數(shù)據(jù)。

以往對(duì)中子星內(nèi)部的研究依賴于脈沖星的前體--低質(zhì)量X射線雙星（LMXBs）。LMXBs存在于雙星系統(tǒng)中，從其伴星中吸收物質(zhì)，直到伴星被完全吞噬，從而創(chuàng)造出一個(gè)旋轉(zhuǎn)速度極快的脈沖星--每毫秒左右一次。不幸的是，LMXBs只能提供關(guān)于中子星內(nèi)部存在何種物質(zhì)的有限信息。

核心物質(zhì)

所有已知的物質(zhì)都是由夸克組成的，并以哈德隆的形式通過(guò)強(qiáng)烈的相互作用保持在一起--或者說(shuō) "限制"。然而，中子星中的物質(zhì)很可能更奇特，因?yàn)槲锢項(xiàng)l件是如此極端--它們擁有已知最強(qiáng)的磁場(chǎng)，只有黑洞的密度更大。事實(shí)上，它們的密度如此之高，以至于夸克之間的相互作用可能會(huì)變得很弱，從而使夸克分離，或者變得 "脫構(gòu)"。這可能導(dǎo)致一種被稱為 "夸克物質(zhì) "的物質(zhì)形式，這種物質(zhì)與我們所觀察到的任何物質(zhì)都不同。

研究人員過(guò)去曾研究過(guò)LMXB的數(shù)據(jù)，以排除中子星可能采取的物質(zhì)形式，但LMXB是一個(gè)混亂的系統(tǒng)，它們的自旋速度幾乎不能告訴我們它們的內(nèi)部情況。奧爾福德表示，“LMXB不斷增加的自旋速率所能告訴你的只是它那天早上從伴星那里吸收了多少物質(zhì)”。因此，我們很難判斷所測(cè)量的特性是與恒星的組成有關(guān)，還是與伴星的相互作用有關(guān)。使用LMXBs的另一個(gè)缺點(diǎn)是，我們從幾十顆LMXBs獲得的數(shù)據(jù)非常有限。

相比之下，毫秒脈沖星是非常明確的系統(tǒng)，其旋轉(zhuǎn)頻率精確到可以與原子鐘相媲美。另一個(gè)好處是，存在著數(shù)百顆毫秒脈沖星的數(shù)據(jù)。然而，毫秒脈沖星也有自己的問(wèn)題，那就是我們對(duì)它們的溫度一無(wú)所知，而研究人員之前正是依靠這種測(cè)量方法來(lái)弄清中子星是由什么組成的。

新方程

奧爾福德和施文策所做的是找到一種方法，將之前已有的毫秒脈沖星數(shù)據(jù)與恒星的內(nèi)部特性聯(lián)系起來(lái)--而不必使用溫度測(cè)量。相反，研究人員利用脈沖星以電磁波甚至可能是引力波的形式釋放能量時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度逐漸變慢。

這使得研究人員利用毫秒脈沖星計(jì)時(shí)龐大而精確的數(shù)據(jù)庫(kù)，更好地分辨出中子星內(nèi)部物質(zhì)到底是什么樣子。

為了證明新方法，奧爾福德和施文策比以前的方法更有把握地證實(shí)，我們所知道的脈沖星所擁有的密閉的強(qiáng)子物質(zhì)外殼可能包含一個(gè)不密閉的、相互作用的夸克物質(zhì)的核心?！坝腥さ氖?，所考慮的夸克物質(zhì)的形式與脈沖星數(shù)據(jù)兼容，"施文澤說(shuō)，"但緊湊型恒星是復(fù)雜的物體，需要更多的工作來(lái)了解它們是由什么構(gòu)成的。"

提醒

新方法的一個(gè)關(guān)鍵部分涉及將毫秒脈沖星自旋率的下降與脈沖星因全局振蕩而產(chǎn)生的阻尼量聯(lián)系起來(lái)。這種阻尼被稱為 "r模式"，與內(nèi)部物質(zhì)的粘度有關(guān)，這意味著可以計(jì)算出物質(zhì)本身可能的細(xì)節(jié)。

然而，德國(guó)慕尼黑大學(xué)國(guó)際馬克斯-普朗克天體物理學(xué)研究學(xué)院總經(jīng)理維爾納-貝克爾沒(méi)有參與這項(xiàng)工作，他對(duì)該方法依賴中子星中存在r-modes的做法提出質(zhì)疑。他說(shuō)："這種存在根本沒(méi)有得到實(shí)驗(yàn)證明，主要是一種'可能'的情況。"

作者: Louise Mayor

FY: Charon

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