物理学家对中子星结构的惊人发现
2022-11-29 10:03:28来源：cnBeta
物理学家建立了超过100万个状态方程的模型，以发现中子星的其他以前无法解释的特性。通过大量的模型计算，法兰克福歌德大学的物理学家们对物质达到巨大密度的中子星的内部结构得出了一般性的结论：根据其质量的不同，这些恒星可以有一个非常坚硬或非常柔软的核心。这些发现同时发表在两篇文章中。
中子星是极其紧凑的物体，可以在一颗恒星死亡后形成。它们的质量相当于我们的太阳，甚至更大，但却不可思议地被压缩成一个直径相当于一个大城市的球体。自从60多年前发现它们以来，科学家们一直在试图破译它们的结构。然而，到目前为止，人们对中子星的内部知之甚少。
由于它们的极端特性使它们无法在实验室中在地球上重现，最大的挑战是模拟中子星内部的极端条件。因此，有许多模型在所谓的状态方程的帮助下描述各种属性--从密度和温度。这些方程试图描述中子星从恒星表面到内核的结构。
现在，法兰克福歌德大学的物理学家们已经成功地为这个难题添加了更多的关键部分。由理论物理研究所的Luciano Rezzolla教授领导的工作组开发了超过一百万个不同的状态方程，这些方程一方面满足了从理论核物理学中获得的数据的约束，另一方面也满足了天文观测的约束。
在评估这些状态方程时，工作组有了一个惊人的发现。"轻"中子星(质量小于约1.7个太阳质量)似乎有一个软地幔和一个硬核心，而"重"中子星(质量大于1.7个太阳质量)反而有一个硬地幔和一个软核心。
Luciano Rezzolla教授说："这个结果非常有趣，因为它给了我们一个直接的衡量标准，即中子星的中心可以有多大的可压缩性。中子星的行为显然有点像巧克力果仁：轻质星类似于那些中心有一个榛子的巧克力，周围是柔软的巧克力，而重质星可以被认为更像那些硬层包含软馅的巧克力。"
对这一见解至关重要的是声速，这是本科生Sinan Altiparmak的一个研究重点。这个量的测量描述了声波在物体内传播的速度，并取决于物质的硬度或柔软度。在地球上，声速被用来探索地球内部和发现原油。
通过对状态方程进行建模，物理学家们还能够发现中子星的其他以前无法解释的特性。例如，不管它们的质量如何，它们很可能只有12公里的半径。因此，它们的直径就像歌德大学的家乡法兰克福一样大。
作者Christian Ecker博士解释说。"我们广泛的数值研究不仅使我们能够对中子星的半径和最大质量进行预测，而且还对它们在双星系统中的变形能力设定了新的限制，也就是说，它们通过其引力场相互扭曲的程度。这些见解对于用未来的天文观测和来自合并恒星的引力波探测来确定未知的状态方程将变得特别重要"。
因此，尽管中子星内部物质的确切结构和组成仍然是一个谜，但等待它的发现肯定可以用一两块巧克力来补充。
