新工具使科学家能够窥视中子星内部
想象一下，取一颗质量是太阳两倍的恒星，然后将其粉碎成曼哈顿大小。
结果将是一颗中子星——宇宙中任何地方发现的最密集的物体之一，比地球上自然发现的任何物质的密度高出数十万亿倍。中子星本身就是非凡的天体物理物体，但它们极高的密度也可能使它们能够作为研究核物理基本问题的实验室，在地球上永远无法重现的条件下。
由于这些奇异的条件，科学家们仍然不了解中子星本身是由什么制成的，即所谓的“状态方程”(EoS)。确定这一点是现代天体物理学研究的主要目标。IAS 的两位学者发现了一个限制可能性范围的新难题： Carolyn Raithel，自然科学学院的 John N. Bahcall 研究员;和 埃利亚斯·莫斯特，学院成员，普林斯顿大学约翰·A·惠勒研究员。他们的工作最近发表在 《天体物理学杂志快报》上。
理想情况下，科学家们想窥探这些奇异物体的内部，但它们太小太远，无法用标准望远镜成像。相反，科学家们依靠他们可以测量的间接属性——比如中子星的质量和半径——来计算 EoS，就像人们可以使用直角三角形的两条边的长度来计算其斜边一样。然而，中子星的半径很难精确测量。未来观察的一个有希望的替代方案是使用一个称为“峰值光谱频率”(或 f 2)的量来代替它。
但是 f 2是如何 测量的呢?受爱因斯坦相对论定律支配的中子星之间的碰撞会导致强烈的引力波发射爆发。2017 年，科学家们 首次直接测量了此类排放量。“至少在原则上，峰值光谱频率可以从两颗合并中子星的摆动残余物发出的引力波信号中计算出来，”莫斯特说。
以前预计 f 2 将是半径的合理代表，因为直到现在，研究人员认为它们之间存在直接或“准普遍”的对应关系。然而，Raithel 和 Most 已经证明这并不总是正确的。他们已经表明，确定 EoS 并不 像解决简单的斜边问题。相反，它更类似于计算 不规则 三角形的最长边，其中还需要第三条信息：两条短边之间的角度。对于 Raithel 和 Most 来说，这第三条信息是“质量半径关系的斜率”，它以比单独的半径更高的密度(因此更极端的条件)对有关 EoS 的信息进行编码。
这一新发现将使研究人员能够与下一代引力波天文台(当前运行的 LIGO的继任者)合作，更好地利用中子星合并后获得的数据。根据 Raithel 的说法，这些数据可以揭示中子星物质的基本成分。“一些理论预测表明，在中子星核心中，相变可能会将中子溶解成称为夸克的亚原子粒子，”Raithel 说。“这意味着恒星内部含有大量自由夸克物质。我们的工作可能会帮助明天的研究人员确定这种相变是否真的发生了。”
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