巨大的中子星可能含有由解禁夸克物质制成的核心

中子星核心含有宇宙中最高密度的物质。这种高度压缩的物质可能会经历相变，其中核物质熔化成解禁夸克物质，释放其组成夸克和胶子。但目前尚不清楚这种转变是否至少发生在一些物理中子星内部。在一项新研究中，赫尔辛基大学、斯塔万格大学、熨斗研究所和哥伦比亚大学的物理学家通过结合天体物理观测和理论计算的信息量化了这种可能性。

中子星是极端的天体物理物体，含有当今宇宙中发现的最致密的物质。

它们的半径约为 10 公里(6 英里)，质量约为 1.4 个太阳质量。

“一个长期悬而未决的问题是中子星巨大的中心压力是否可以将质子和中子压缩成一种称为冷夸克物质的相。在这种奇异的状态下，单个质子和中子不再存在，”赫尔辛基大学教授 Aleksi Vuorinen 说。

“相反，它们的组成夸克和胶子从典型的颜色限制中解放出来，并且几乎可以自由移动。”

在他们的新论文中，沃里宁教授和同事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，根据当前的天体物理学观测，夸克物质在最大质量的中子星中几乎是不可避免的：他们提取的定量估计表明这种可能性在 80-90% 范围内。

所有中子星仅由核物质组成的可能性很小，这要求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的过程。

中子星物质特性的这种快速变化有可能破坏恒星的稳定，即使是微小的夸克物质核心的形成也会导致恒星坍缩成黑洞。

作者解释说：“得出新结果的一个关键因素是一组利用贝叶斯推理的大规模超级计算机计算，贝叶斯推理是统计演绎的一个分支，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。”

“贝叶斯成分使我们能够推导出中子星物质特性的新界限，证明它们能够在最大质量的稳定中子星核心附近实现所谓的共形行为。”

赫尔辛基大学的 Joonas Nättilä 博士补充道：“具体地看到每一次新的中子星观测如何使我们能够以越来越高的精度推断出中子星物质的特性，这真是令人着迷。”

“我们必须使用数百万个 CPU 小时的超级计算机时间，才能将我们的理论预测与观测结果进行比较，并限制夸克物质核心的可能性，”熨斗研究所和哥伦比亚大学的博士生 Joonas Hirvonen 说。

“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。”

该论文发表在《自然通讯》杂志上。