艺术家对大质量中子星内部不同层的印象，红色圆圈代表一个相当大的夸克物质核心。来源:Jyrki Hokkanen, CSC
新的理论分析表明，巨大的中子星可能隐藏着deco的核心限定夸克物质在80%到90%之间。该结果是通过使用贝叶斯统计推断的大规模超级计算机运行得出的。
中子星核心所包含的物质密度是当今宇宙中最高的，在一个直径25公里的球体内压缩的物质质量相当于两个太阳的质量。这些天体物理对象确实可以被认为是巨大的原子核，重力将它们的核心压缩到比单个质子和中子密度高出许多倍的密度。
从粒子和核物理学的角度来看，这些密度使中子星成为有趣的天体物理对象。一个长期存在的悬而未决的问题是，中子星巨大的中心压力是否能将质子和中子压缩成一种新的物质阶段，即所谓的冷夸克物质。在这种奇异的物质状态下，单个的质子和中子不再存在。
赫尔辛基大学理论粒子物理学教授Aleksi Vuorinen解释说:“相反，它们的组成夸克和胶子从它们典型的颜色限制中解放出来，几乎可以自由移动。”
艺术家对大质量中子星内部不同层的印象，红色圆圈代表一个相当大的夸克物质核心。来源:Jyrki Hokkanen, CSC
强烈的相变仍然可能毁掉这一天
在刚刚发表在《自然通讯》杂志上的一篇新文章中，以赫尔辛基大学为中心的一个团队首次对大质量中子星内部夸克物质核心的可能性进行了定量估计。他们表明，根据目前的天体物理学观测，夸克物质在大多数中子星中几乎是不可避免的:该团队提取的定量估计将这种可能性放在80- 90%的范围内。
所有中子星仅由核物质组成的可能性很小，这需要从核物质到夸克物质的转变是一个强烈的一级相变，有点类似于液态水变成冰。中子星物质性质的这种快速变化有可能以这样一种方式使恒星不稳定，即使是极小的夸克物质核心的形成也会导致恒星坍缩成黑洞。
来自芬兰、挪威、德国和美国的科学家之间的国际合作能够进一步证明，夸克物质核心的存在有可能在某一天被完全证实或排除。关键是能够限制核物质和夸克物质之间相变的强度，一旦有一天从双中子星合并的最后一部分发出的引力波信号被记录下来，这有望成为可能。
使用Observatio运行大型超级计算机最终的数据
得出新结果的一个关键因素是利用贝叶斯推理进行的一组大规模超级计算机计算。贝叶斯推理是统计演绎法的一个分支，通过与观测数据的直接比较来推断不同模型参数的可能性。该研究的贝叶斯成分使研究人员能够推导出中子星物质性质的新界限，证明它们可以接近所谓的保形行为，接近最稳定的中子星核心附近。
该论文的主要作者之一Joonas博士N?ttil?将这项工作描述为一项跨学科的努力，需要天体物理学、粒子物理学和核物理学以及计算机科学的专业知识。他将于2024年5月开始在赫尔辛基大学担任副教授。
“具体地看到每一个新的中子星观测是如何使我们越来越精确地推断中子星物质的性质的，这是令人着迷的。”
另一方面，在N?ttil?和Vuorinen指导下工作的博士生Joonas Hirvonen强调了高性能计算的重要性:
“我们不得不使用数百万个CPU小时的超级计算机时间来比较我们的理论预测和观测结果，并限制夸克物质核心的可能性。我们非常感谢芬兰超级计算机中心CSC为我们提供了所需的所有资源!”
参考文献:Eemeli Annala, Tyler Gorda, Joonas Hirvonen, Oleg Komoltsev, Aleksi Kurkela, Joonas N?ttil?和Aleksi Vuorinen撰写的“强相互作用物质在大质量中子星中表现出定义行为”，2023年12月19日，《自然通讯》。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 44051 - y
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