死星烹制的核“意大利面”可能會揭開恒星來世的秘密

死星烹制的核“意大利面”可能會揭開恒星來世的秘密-在中子星的極端心臟中，基本粒子被扭曲成奇怪的“意大利面”形狀，可能會揭示關于死星如何演變的不為人知的秘密。

在蟹狀星云內(nèi)的一個相伴的中子星（中心閃耀的星）（圖片來源：NASA/ESA）

“意大利面”煮熟了-想象一下在超過一萬億度的溫度下烹飪意大利面。但這不是任何普通的周日晚上的菜；它是中子星內(nèi)部的“核意大利面”。研究人員剛剛透露，這些奇怪的核形狀滲透到中子星的核心，比我們想象的要深得多，這可以從根本上改變這些死星的特性。

中子星是極端的定義。宇宙中一些質(zhì)量最大的恒星的剩余核心，它們通常將幾個太陽的物質(zhì)塞進一個不比曼哈頓大的體積。為了達到這些令人難以置信的密度，其中的物質(zhì)被壓縮得如此之大，以至于原子甚至核鍵都被打破。它只是一個巨大的，由自由漂浮的中子，電子和質(zhì)子組成的熱海，通過強大的核力的復雜相互作用結(jié)合在一起。鑒于這些極端條件，天文學家仍然不確切地了解中子星的物質(zhì)是如何組成的。一種可能性是，中子星實際上是混合體。它們的地殼和外層幾乎完全由中子組成，一些電子和質(zhì)子被扔進混合物中。

但它們的核心經(jīng)歷了如此極端的壓力和密度，甚至中子也會分解，留下了稠密的半液態(tài)夸克-物質(zhì)的最基本組成部分?？淇撕诵暮椭凶訉又g的關系決定了中子星的整體性質(zhì)：它旋轉(zhuǎn)的方式，當外殼破裂時如何振動，以及當它與其他中子星在稱為千新星的爆炸中碰撞時它如何表現(xiàn)。在核心和外層之間具有尖銳截止的中子星將與中子星不同，這些區(qū)域之間會逐漸混合。然而，由于我們附近沒有任何中子星可以打開和研究，我們必須轉(zhuǎn)向理論模型來試圖了解它們的內(nèi)部。

兩位理論物理學家接受了挑戰(zhàn)。在8月26日提交給預印本數(shù)據(jù)庫arXiv的一篇論文中，他們將最新的夸克和中子行為模型應用于中子星內(nèi)部。在他們尚未經(jīng)過同行評審的工作中，他們專注于夸克核心和中子外層之間這個難以捉摸的復雜過渡區(qū)-意大利面的外觀時。

一個明亮的宇宙爆炸的插圖。（圖片來源：ESA，圖片來源：ESA/ECF）

這不是普通的通心粉，這個過渡帶中的核“意大利面”是由浸沒在夸克海洋中的緊湊團塊組成的。它們的出現(xiàn)來自強大的核力和電磁力的復雜相互作用，這些相互作用導致中子在整個過渡帶中彎曲和扭曲成各種奇怪的形狀。當物理學家第一次發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構時，他們發(fā)現(xiàn)了各種有趣的形狀：團塊，管狀，棒狀和氣泡，類似于意大利美食中發(fā)現(xiàn)的各種意大利面形狀。

(當他們意識到“核意大利面”像一鍋沸騰的水一樣浸沒在夸克的熱水中時，這個比喻甚至更有效。)最后，在足夠深的深度，壓力變得太強大，意大利面分解成夸克海洋。研究人員研究了曲率張力的重要作用-彎曲形狀對變形的抵抗力，即這是彎曲形狀對試圖拉直它的變形的阻力。曲率張力類似于更熟悉的表面張力，液體抵抗試圖穿透其表面的外力。

研究人員發(fā)現(xiàn)，曲率張力可以有利于某些形狀，使現(xiàn)在“煮熟”的意大利面能夠更深入地進入夸克核心，而其他形狀則不受歡迎。具體來說，研究人員發(fā)現(xiàn)，由于曲率張力的貢獻，管子和氣泡可以存活到比以前想象的更高的密度，而滴狀和棒狀不會持續(xù)很長時間。-奇怪的宇宙物體被確定為爆炸的死星的殘骸。

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現(xiàn)在我們知道為什么了這些可能看起來很小的變化，但它們可能會產(chǎn)生巨大的影響。當中子星碰撞，導致千新星爆炸時，爆炸的細節(jié)

-最重要的是，爆炸產(chǎn)生元素周期表上許多較重元素的能力-取決于中子星的內(nèi)部。

中子到達核心的距離以及它們的形狀的差異可以改變這些爆炸的演變方式。研究人員的下一步是充實這條思路，并研究如何利用千新星爆炸揭示中子星內(nèi)部的詳細結(jié)構，尤其是所有美味的中子形狀。

By：Paul Sutter

FY: 何丹懷（懷）

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