窺視中子星內部物質狀態的新方法

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作者 Emma stein | 發布日期 2022年11月14日 17：25

身為宇宙中除黑洞以外最極端的天體，天文學家一直很好奇中子星內部由什麼構成。在一篇研究中，科學家想出了新方法來確定中子星內部物質狀態：重力波峰值光譜頻率。

當有一顆質量為太陽2倍的恆星、但體積被壓縮成僅曼哈頓城市的大小，這就是中子星──宇宙中密度最驚人的天體之一，比地球任何自然物質的密度高出數十兆倍。而這種非凡天體的內部永遠無法於地球實驗重現，因此天文學家仍不了解中子星本身由什麼構成，即狀態方程式（equation of state，EoS）。

想窺探這些奇異物體內部，但它們又太小且太遠無法用標準望遠鏡成像，天文學家只能依靠其他能測量的間接屬性（如中子星的質量和半徑）來計算EoS，就像人們可使用直角三角形的2條邊來計算斜邊長度。然而另一個問題又來了──中子星半徑很難精確測量。

於是天文學家最近提出一個新的替代方案，使用稱為「峰值頻譜頻率（peak spectral frequency，f2）的量來代替半徑測量。

當2顆中子星合併成1顆更大的中子星時，碰撞留下的緻密恆星物質球將釋出重力波，抵達地球時可被LIGO、Virgo天文台偵測到，原則上峰值頻譜頻率可以從重力波訊號中計算出來，而這些數據可以揭示中子星物質的基本成分。

理論預測表明，中子星核心的極端壓力會將中子「溶解」成稱為夸克的粒子，代表中子星內部含有大量自由夸克物質，峰值頻譜頻率能對有關EoS的訊息進行編碼，進一步闡明夸克理論是否真實存在。