中子星是怎麼形成的 中子星內部可能含有夸克物質
近日,有科學家研究發現,中子星的密度十分強大,但當冷卻到絕對零度以上幾度時,它的行為與液氦相似。從目前的認知來看,中子由三個夸克、兩個下夸克和一個上夸克組成,中子星內部深處的夸克核影響中子星的總質量。
近日,一則研究表明,中子星內部可能有一層奇異的夸克物質!説到中子星,首先令人注意的是它僅次於黑洞的可怕引力。中子星是怎麼形成的呢?當巨大引力把一顆恆星致命壓縮,將其殘骸粉碎成一個小城市大小的緻密球時,中子星就形成了。它們的密度如此之大,以至於只有量子力和泡利排斥原理才能阻止它坍縮成黑洞奇點。中子星的內部是如此緻密,以至於物質的行為方式我們仍然無法完全理解。
它們之所以被稱為中子星,是因為它們的引力破壞了原子的結構。電子被擠進質子中產生中子。恆星內部的大部分區域變成了一片中子海,密度和原子核一樣大。但我們知道這些恆星並非完全由中子構成,它們的大氣層只有幾釐米厚。年輕中子星的天空大部分是碳,密度和鑽石一樣高。和地球一樣,中子星有一個硬殼,它漂浮在流體內部,這個地殼是由鐵核構成的,温度非常高。
雖然中子星的內部非常熱,但密度太高,中子海變成了超流體。當冷卻到絕對零度以上幾度時,它的行為與液氦相似。流體內部會產生巨大的磁場,把這些恆星變成磁星和脈衝星。由於我們不能直接觀察中子星的內部,所以我們對它們的理解取決於我們對它的狀態方程的理解。著名的托爾曼-奧本海默-沃爾科夫(TOV)方程雖然對普通恆星很有效,但它對中子星提出了挑戰,因為中子不是基本粒子。
中子由三個夸克、兩個下夸克和一個上夸克組成。上下夸克只是六種已知夸克中的兩種。在我們的日常生活中,甚至在恆星的心中,中子的夸克緊緊地粘在一起。在所有實際應用中,中子都可以被當作一個簡單的粒子來處理。但是在中子星的核心,事情變得複雜了。緊密堆積的中子可能會融化成夸克流體,當上下夸克在高能下碰撞時,它們可能會產生其他夸克,如奇異夸克或魅力夸克,或者他們可能不會。
為了回答這個問題,最近的一項研究將夸克的物理性質與觀測到的中子星性質進行了比較。這項研究從夸克物質的性質的詳細理論計算開始。其中一個特性涉及夸克物質中的聲速。由於來自諸如星震之類的物體的壓力波以聲速傳播,它在中子星的結構中起着至關重要的作用。
結果表明,在純夸克物質中,聲速與物質的温度和壓力無關。中子物質不是這樣的。科學家給出了中子星內部的一些合理假設,中子星內部深處的壓力波可以將夸克從中子中釋放出來,形成夸克核。這個核心的大小取決於中子星的總質量。
也就是説,中子星沒有夸克核的可能性很小,但也有其他證據支持這一觀點。最近對合併中子星的引力波觀測證實其大小與夸克模型相符。天文學家最近還發現了一些質量大於兩個太陽質量的中子星。這些大質量中子星更有可能擁有夸克核。雖然還需要進一步的研究來證實這一結果,但中子星內部的結構似乎比先前認為的要複雜得多。期待科學家有進一步的發現。
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