解開中子星旋轉(zhuǎn)異常：來自量子模擬的啟示 _中子星

由偶極原子構(gòu)成的超冷量子氣體形成了模擬中子星內(nèi)部機(jī)制的理想平臺。鳴謝:伊蓮娜·里坡，因斯布魯克大學(xué)
據(jù)因斯布魯克大學(xué)（克里斯蒂安·弗拉茨）：由Francesca Ferlaino和Massimo Mannarelli領(lǐng)導(dǎo)的量子物理學(xué)家和天體物理學(xué)家之間的合作，在理解中子星故障方面取得了重大突破。他們能夠用超冷偶極原子數(shù)值模擬這種神秘的宇宙現(xiàn)象。這項(xiàng)研究現(xiàn)在發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上，它在量子力學(xué)和天體物理學(xué)之間建立了強(qiáng)有力的聯(lián)系，為從地球上對恒星物體進(jìn)行量子模擬鋪平了道路。
自從1967年首次探測到中子星信號以來，中子星就一直讓科學(xué)家們著迷和困惑。中子星以其周期性閃光和快速旋轉(zhuǎn)而聞名，是宇宙中密度最大的物體之一，質(zhì)量與太陽相當(dāng)，但被壓縮成直徑僅約20公里的球體。
這些恒星物體表現(xiàn)出一種被稱為“毛刺”的特殊行為，即恒星突然加速旋轉(zhuǎn) 。這一現(xiàn)象表明中子星可能部分是超流體。在超流體中，旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)是有許多微小的漩渦，每個(gè)漩渦都帶有一小部分角動量。當(dāng)這些漩渦從恒星的內(nèi)部地殼逃逸到其堅(jiān)固的外部地殼時(shí)，就會出現(xiàn)故障，從而增加恒星的旋轉(zhuǎn)速度。
這項(xiàng)研究的關(guān)鍵因素在于“超固體”的概念——一種同時(shí)表現(xiàn)出晶體和超流體性質(zhì)的狀態(tài)——這被預(yù)測為中子星故障的必要成分。量子化的漩渦嵌套在超固體中，直到它們集體逃逸，并因此被恒星的外殼吸收，加速其旋轉(zhuǎn) 。最近，在超冷偶極原子的實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了超固態(tài)相，這為模擬中子星內(nèi)的條件提供了獨(dú)特的機(jī)會。
由因斯布魯克大學(xué)和奧地利科學(xué)院以及意大利Gran Sasso國家實(shí)驗(yàn)室和Gran Sasso科學(xué)研究所的研究人員進(jìn)行的這項(xiàng)研究表明，在超冷的超固體中可能會出現(xiàn)故障，這種超固體是中子星內(nèi)部的多功能類似物。這種突破性的方法允許對毛刺機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)的探索，包括它對超固體質(zhì)量的依賴。
“我們的研究在量子力學(xué)和天體物理學(xué)之間建立了強(qiáng)有力的聯(lián)系，并為中子星的內(nèi)部性質(zhì)提供了一個(gè)新的視角， ”第一作者埃琳娜·里坡說。小故障為中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動力學(xué)提供了有價(jià)值的見解。通過研究這些事件，科學(xué)家可以更多地了解物質(zhì)在極端條件下的特性。
“這項(xiàng)研究展示了一種獲得中子星行為洞察力的新方法，并為低能地球?qū)嶒?yàn)室的恒星物體量子模擬開辟了新途徑， ”Francesca Ferlaino說。