大質(zhì)量中子星中夸克物質(zhì)核心的進(jìn)一步證據(jù) _中子星

藝術(shù)家對大質(zhì)量中子星內(nèi)部不同層的印象，紅色圓圈代表相當(dāng)大的夸克物質(zhì)核心。鳴謝:Jyrki Hokkanen，CSC
據(jù)赫爾辛基大學(xué)（的約翰娜·佩利寧）：中子星核心包含當(dāng)今宇宙中密度最高的物質(zhì)，在一個(gè)直徑25公里的球體中壓縮了多達(dá)兩個(gè)太陽質(zhì)量的物質(zhì) 。這些天體物理物體確實(shí)可以被認(rèn)為是巨大的原子核，重力將它們的核心壓縮到超過單個(gè)質(zhì)子和中子許多倍的密度。
從粒子和核物理的角度來看，這些密度使中子星成為有趣的天體。一個(gè)長期懸而未決的問題是中子星巨大的中心壓力能否將質(zhì)子和中子壓縮成一種新的物質(zhì)相，即冷夸克物質(zhì) 。在這種奇異的物質(zhì)狀態(tài)下，單個(gè)質(zhì)子和中子不再存在。
赫爾辛基大學(xué)理論粒子物理學(xué)教授Aleksi Vuorinen解釋說:“相反，它們的組成夸克和膠子從典型的顏色限制中解放出來，幾乎可以自由移動(dòng) 。”
強(qiáng)烈的相變?nèi)钥赡軞Я诉@一天
在《自然通訊》發(fā)表的一篇新文章中，赫爾辛基大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)首次對大質(zhì)量中子星內(nèi)部存在夸克物質(zhì)核心的可能性進(jìn)行了定量估計(jì) 。他們表明，基于當(dāng)前的天體物理學(xué)觀測，夸克物質(zhì)在最大質(zhì)量的中子星中幾乎是不可避免的:研究小組提取的定量估計(jì)將可能性置于80–90%的范圍內(nèi) 。
所有中子星只由核物質(zhì)組成的剩余小可能性要求從核物質(zhì)到夸克物質(zhì)的變化是一個(gè)強(qiáng)一級相變，有點(diǎn)類似于液態(tài)水變成冰。中子星物質(zhì)屬性的這種快速變化有可能破壞恒星的穩(wěn)定，即使是極小的夸克物質(zhì)核心的形成也會導(dǎo)致恒星坍縮成黑洞。
來自芬蘭、挪威、德國和美國的科學(xué)家之間的國際合作能夠進(jìn)一步表明夸克物質(zhì)核心的存在可能有一天被完全證實(shí)或排除。關(guān)鍵是能夠限制核物質(zhì)和夸克物質(zhì)之間的相變強(qiáng)度，一旦有一天記錄到來自雙星中子星合并最后部分的引力波信號，這有望成為可能。
大型超級計(jì)算機(jī)使用觀測數(shù)據(jù)運(yùn)行
得出新結(jié)果的一個(gè)關(guān)鍵因素是一組利用貝葉斯推理的大規(guī)模超級計(jì)算機(jī)計(jì)算，貝葉斯推理是統(tǒng)計(jì)演繹的一個(gè)分支，通過與觀察數(shù)據(jù)的直接比較來推斷不同模型參數(shù)的可能性。
這項(xiàng)研究的貝葉斯組成部分使研究人員能夠推導(dǎo)出中子星物質(zhì)屬性的新界限，證明它們接近最大質(zhì)量穩(wěn)定中子星核心附近的所謂共形行為。
論文的主要作者之一Joonas Nä ttilä博士將這項(xiàng)工作描述為一項(xiàng)跨學(xué)科的工作，需要天體物理學(xué)、粒子和核物理以及計(jì)算機(jī)科學(xué)的專業(yè)知識。他即將于2024年5月開始在赫爾辛基大學(xué)擔(dān)任副教授。
“具體地看到每個(gè)新的中子星觀測如何使我們能夠越來越精確地推斷中子星物質(zhì)的屬性，這是非常有趣的。”
另一方面，在Nä ttilä和Vuorinen指導(dǎo)下工作的博士生Joonas Hirvonen強(qiáng)調(diào)了高性能計(jì)算的重要性:
“我們必須使用數(shù)百萬CPU小時(shí)的超級計(jì)算機(jī)時(shí)間，才能將我們的理論預(yù)測與觀察結(jié)果進(jìn)行比較，并限制夸克物質(zhì)核心的可能性。我們非常感謝芬蘭超級計(jì)算機(jī)中心CSC為我們提供了我們需要的所有資源！”