研究人員破解中子星的內部秘密

研究人員首次利用閃爍中子星的數據來制約這些被稱為脈衝星的可能存在於任何物質形態的高密度物質。雖然我們所說的中子星主要是由中子構成的，但它們深處所包含的物質的真實性質卻充滿了神秘感。

但在即將發表在《物理評論快報》上的一篇論文中，美國華盛頓大學的馬克·奧爾福德和凱·施文策表示，訣竅在於如何使用毫秒脈衝星的數據。

以往對中子星內部的研究依賴於脈衝星的前體–低質量X射線雙星（LMXBs）。LMXBs存在於雙星系統中，從其伴星中吸收物質，直到伴星被完全吞噬，從而創造出一個旋轉速度極快的脈衝星–每毫秒左右一次。不幸的是，LMXBs只能提供關於中子星內部存在何種物質的有限信息。

所有已知的物質都是由誇克組成的，並以哈德隆的形式通過強烈的相互作用保持在一起–或者說 "限制"。然而，中子星中的物質很可能更奇特，因為物理條件是如此極端–它們擁有已知最強的磁場，只有黑洞的密度更大。事實上，它們的密度如此之高，以至於誇克之間的相互作用可能會變得很弱，從而使誇克分離，或者變得 "脫構"。這可能導致一種被稱為 "誇克物質 "的物質形式，這種物質與我們所觀察到的任何物質都不同。

研究人員過去曾研究過LMXB的數據，以排除中子星可能採取的物質形式，但LMXB是一個混亂的系統，它們的自旋速度幾乎不能告訴我們它們的內部情況。奧爾福德表示，「LMXB不斷增加的自旋速率所能告訴你的只是它那天早上從伴星那裡吸收了多少物質」。因此，我們很難判斷所測量的特性是與恆星的組成有關，還是與伴星的相互作用有關。使用LMXBs的另一個缺點是，我們從幾十顆LMXBs獲得的數據非常有限。

相比之下，毫秒脈衝星是非常明確的系統，其旋轉頻率精確到可以與原子鐘相媲美。另一個好處是，存在著數百顆毫秒脈衝星的數據。然而，毫秒脈衝星也有自己的問題，那就是我們對它們的溫度一無所知，而研究人員之前正是依靠這種測量方法來弄清中子星是由什麼組成的。

奧爾福德和施文策所做的是找到一種方法，將之前已有的毫秒脈衝星數據與恆星的內部特性聯繫起來–而不必使用溫度測量。相反，研究人員利用脈衝星以電磁波甚至可能是引力波的形式釋放能量時，其旋轉速度逐漸變慢。

這使得研究人員利用毫秒脈衝星計時龐大而精確的資料庫，更好地分辨出中子星內部物質到底是什麼樣子。

為了證明新方法，奧爾福德和施文策比以前的方法更有把握地證實，我們所知道的脈衝星所擁有的密閉的強子物質外殼可能包含一個不密閉的、相互作用的誇克物質的核心。「有趣的是，所考慮的誇克物質的形式與脈衝星數據兼容，"施文澤說，"但緊湊型恆星是複雜的物體，需要更多的工作來了解它們是由什麼構成的。"

新方法的一個關鍵部分涉及將毫秒脈衝星自旋率的下降與脈衝星因全局振蕩而產生的阻尼量聯繫起來。這種阻尼被稱為 "r模式"，與內部物質的粘度有關，這意味著可以計算出物質本身可能的細節。

然而，德國慕尼黑大學國際馬克斯-普朗克天體物理學研究學院總經理維爾納-貝克爾沒有參與這項工作，他對該方法依賴中子星中存在r-modes的做法提出質疑。他說："這種存在根本沒有得到實驗證明，主要是一種’可能’的情況。"