8月17日淩晨， 人類首次發現雙中子星——無生命星體的稠密核碰撞發出的引力波， 就像漫長的雷聲穿過探測器， 先進的鐳射干涉引力波天文臺(簡稱LIGO)的物理學家們迫不及待想要破解這次時空振動。
物理學家們花了幾十年的時間來研究中子星是否含有新物質， 他們發現質子和中子中還有誇克和其他奇異粒子之間的相互作用。 回答這個問題還需要解釋一些關於超新星的天文現象和宇宙中重元素（原子序數較大的元素， 如金）的產生。
除了使用LIGO觀察引力波之外， 天體物理學家們還嘗試著探索出新方法來探測中子星，
怪異物質
中子星是大品質恒星演化到末期， 經由重力崩潰發生超新星爆炸之後， 可能成為的少數終點之一， 品質沒有達到可以形成黑洞的恒星在壽命終結時塌縮形成的一種介於白矮星和黑洞之間的星體。 中子星的密度非常大， 如果和太陽品質相同， 那它只佔據一個城市的空間。
原子由緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子構成。 在晶體中， 原子的電子殼層發生交疊， 電子不再完全局限在某一個原子上，
但是理論學家爭論的是， 當密度比正常原子核的密度高出兩三倍時會發生什麼。
長期以來， 理論學家一直在推測中子星內是否會出現其他奇異粒子。 中子之間的擠壓所釋放的能量可能會產生品質更大的粒子， 它們不僅包含上誇克和下誇克——只構成質子和中子，
然而幾十年來， 這個領域一直停滯不前。 關於中子星內部可能發生的事情， 理論學家們做了很多的猜想， 但是中子星的周圍環境對於地球人來說極端陌生， 地球上的實驗無法達到合適的條件。 即使幾十年前的誇克和原子核理論——量子色動力學（QCD）也不能提供準確的答案。 研究量子色動力學的相關計算十分困難， 需要在相對寒冷和稠密的環境中進行， 甚至連電腦都無法計算出結果。
研究人員被迫過度簡化問題並選取一些捷徑， 而天文學家唯一的選擇只能是自己研究中子星。 不幸的是， 中子星很遙遠， 在地球上， 除了最基本的體積屬性， 很難再測量出其他資訊。 更糟糕的是，在中子星上的趣事還不是發生在表面。不過阿爾福德（Alford）表示：“在這個實驗室進行的研究很有趣，但是我們能做的只是等待觀測的結果。”隨著新一輪的實驗的進行，理論學家們可能很快就會得到他們的結果。
濕軟的？還是固態的？
無論中子星的核心是什麼，寬鬆的誇克，K介子冷凝物，超子，或是普通的核子，這個核所能承受的重力大小必須超過太陽的引力，否則，恒星就會坍縮成一個黑洞。但是當引力的作用下，不同的材料會被壓縮到不同的程度，這也決定了恒星在給定物理尺度下的重量。而現在天文學家研究的中子星組成有助於瞭解中子星內部擠壓時是濕軟的還是固態的。同時，他們還需要測量各種中子星的品質和半徑。
就品質而言，最容易被稱重的中子星是脈衝星——能快速旋轉的中子星，每一次旋轉發射的無線電波都能掃過一次地球。在已知的2500個脈衝星中，約有10%的屬於雙星系統。當這些脈衝星和夥伴星體一起移動時，它們持續不斷地向地球上發射的脈衝也會變化，研究人員據此可以得知脈衝星的運動以及它在運動軌道上的位置資訊。從軌道上看，天文學家還可以利用開普勒定律和愛因斯坦廣義相對論的附加規則來解決這個雙星系統的品質問題。
到目前位置，最大的突破是發現了巨大的中子星。2010年，維吉尼亞州國家射電天文臺（National Radio Astronomy Observatory）的斯科特·蘭森(Scott Ransom)領導的一個研究小組宣佈，他們測量到了一個大約有兩個太陽品質的脈衝星，比過去觀測到的都大。有些人懷疑這些中子星是否真的存在，這影響到我們對原子核行為的理解。
根據一些中微子-恒星模型，中子星在引力的強烈壓縮下應該會坍縮成一個黑洞。這對K介子冷凝物來說是一個壞消息，因為它會特別濕軟。同時對於某些誇克物質和超重子來說，這也不是個好兆頭。2013年發現的另一顆中子星也證實了這一測量結果。
不過半徑是個更棘手的問題。亞利桑那大學(University of Arizona)的菲亞爾•奧澤爾(Feryal Ozel)等天體物理學家設計出了各種各樣的方法，試圖通過觀測中子星表面發射出來的x射線來計算其物理尺寸。其中一個方法是：通過觀測整個x射線的發射來估計中子星表面的溫度，然後算出中子星需要多大的尺寸才能發射出這樣的x射線。或者可以在中子星表面尋找熱點，中子星的強引力場將會改變這些熱點的光脈衝。一旦瞭解了中子星的引力場，研究人員就可以計算它的品質和半徑。
從表面上看，這些x射線的測量表明，雖然中子星品質很大，但是根據奧澤爾，它只有20至22公里寬。她表示，中子星的小半徑是因為其內部有相互作用的誇克，如果只是由核子組成，那中子星的半徑會更大。
在眾多批評者中，拉蒂莫（Lattimer）對測量x射線這個假設持保留意見，他認為這是有缺陷的，會導致得到的半徑小於實際半徑。
當然，大家都希望這個問題最終得以解決。今年6月，太空探索技術公司（SpaceX）第11次向國際空間站運送一個重達372公斤的核子，裡面裝有一個名為中子星內部合成探測器（NICER）的x射線望遠鏡，這個望遠鏡是通過觀察中子星表面的熱點來研究中子星的大小。這次中子星包括已經測量過的脈衝星的半徑測量，應該能得到較好的資料。
布拉施克對此表示很期待。中子星的品質和半徑測量至關重要，這次結果可能會推翻許多內部結構理論，那些能得到合適的中子星尺寸和重量的理論才能保留下來。
現在，LIGO的加入更有利於資料的測量。8月17日發現的信號已經被視為兩個黑洞的合併而不是兩個中子星的碰撞而處理過，這也是合理的。LIGO之前的信號都來自於黑洞，從計算的角度來說研究人員對這方面可以說是輕車熟路了，所以更容易處理。但是這個信號涉及到較輕的物體，而且比黑洞合併的時間要長得多。瑞德說：“這顯然跟我們之前計算的系統都不一樣。”
當兩個黑洞一起盤旋時，它們將軌道能量以引力波的形式釋放到時空中。但在這次90秒長的LIGO信號的最後一秒左右，每個物體都做了一些黑洞不做的事情——變形。這對夥伴開始拉伸和擠壓彼此的物質，產生從運動的軌道中獲取能量的潮汐，這促使它們比其他方式可以更快的碰撞在一起。
在進行了幾個月的電腦類比工作後，LIGO的瑞德小組發佈了他們第一次測量這些潮汐對信號的影響。到目前為止，這個團隊只能設置一個上限，意味著潮汐的影響是微弱的，甚至幾乎不明顯。反過來，這也意味著中子星的體積很小，它們的物質緊緊圍繞著中心，因此更能抵抗潮汐的衝擊。瑞德說：“我認為第一個引力波測量在某種意義上確實證實了x射線測量解釋的內容。”她還預計，對這個信號進行更複雜的建模可以得到更加精確的估計。
NICER和LIGO對中子星內部物質都提供了新的研究方法，許多專家都樂觀地認為，在未來幾年內，這些物質是如何對抗引力將得到明確的答案。但是，像阿爾福德這樣的理論學家卻警告，僅僅測量中子星內部物質的濕軟程度並不能完全揭示其究竟是什麼。不過其他一些特徵或許幫得上忙，比如，通過持續觀察中子星的冷卻速率，天體物理學家可以推測其內部的粒子及其輻射能量的能力；或者，觀察中子星的旋轉如何隨時間放慢下來可以幫助確定其內部的粘度。
阿爾福德認為，研究緻密物質何時發生相變以及其最終變成什麼也是一個值得努力的目標。“瞭解物質在不同的條件下的性質確實有點兒像物理。”
本文為蝌蚪五線譜原創，版權歸蝌蚪五線譜所有，任何媒體、網站或個人未經授權不得轉載，否則追究相關法律責任。如需轉載請訪問//rightknights.com/pub/pub_author?greatAuthor=CIHHF&type=0獲得合法授權。
更糟糕的是，在中子星上的趣事還不是發生在表面。不過阿爾福德（Alford）表示：“在這個實驗室進行的研究很有趣，但是我們能做的只是等待觀測的結果。”隨著新一輪的實驗的進行，理論學家們可能很快就會得到他們的結果。濕軟的？還是固態的？
無論中子星的核心是什麼，寬鬆的誇克，K介子冷凝物，超子，或是普通的核子，這個核所能承受的重力大小必須超過太陽的引力，否則，恒星就會坍縮成一個黑洞。但是當引力的作用下，不同的材料會被壓縮到不同的程度，這也決定了恒星在給定物理尺度下的重量。而現在天文學家研究的中子星組成有助於瞭解中子星內部擠壓時是濕軟的還是固態的。同時，他們還需要測量各種中子星的品質和半徑。
就品質而言，最容易被稱重的中子星是脈衝星——能快速旋轉的中子星，每一次旋轉發射的無線電波都能掃過一次地球。在已知的2500個脈衝星中，約有10%的屬於雙星系統。當這些脈衝星和夥伴星體一起移動時，它們持續不斷地向地球上發射的脈衝也會變化，研究人員據此可以得知脈衝星的運動以及它在運動軌道上的位置資訊。從軌道上看，天文學家還可以利用開普勒定律和愛因斯坦廣義相對論的附加規則來解決這個雙星系統的品質問題。
到目前位置，最大的突破是發現了巨大的中子星。2010年，維吉尼亞州國家射電天文臺（National Radio Astronomy Observatory）的斯科特·蘭森(Scott Ransom)領導的一個研究小組宣佈，他們測量到了一個大約有兩個太陽品質的脈衝星，比過去觀測到的都大。有些人懷疑這些中子星是否真的存在，這影響到我們對原子核行為的理解。
根據一些中微子-恒星模型，中子星在引力的強烈壓縮下應該會坍縮成一個黑洞。這對K介子冷凝物來說是一個壞消息，因為它會特別濕軟。同時對於某些誇克物質和超重子來說，這也不是個好兆頭。2013年發現的另一顆中子星也證實了這一測量結果。
不過半徑是個更棘手的問題。亞利桑那大學(University of Arizona)的菲亞爾•奧澤爾(Feryal Ozel)等天體物理學家設計出了各種各樣的方法，試圖通過觀測中子星表面發射出來的x射線來計算其物理尺寸。其中一個方法是：通過觀測整個x射線的發射來估計中子星表面的溫度，然後算出中子星需要多大的尺寸才能發射出這樣的x射線。或者可以在中子星表面尋找熱點，中子星的強引力場將會改變這些熱點的光脈衝。一旦瞭解了中子星的引力場，研究人員就可以計算它的品質和半徑。
從表面上看，這些x射線的測量表明，雖然中子星品質很大，但是根據奧澤爾，它只有20至22公里寬。她表示，中子星的小半徑是因為其內部有相互作用的誇克，如果只是由核子組成，那中子星的半徑會更大。
在眾多批評者中，拉蒂莫（Lattimer）對測量x射線這個假設持保留意見，他認為這是有缺陷的，會導致得到的半徑小於實際半徑。
當然，大家都希望這個問題最終得以解決。今年6月，太空探索技術公司（SpaceX）第11次向國際空間站運送一個重達372公斤的核子，裡面裝有一個名為中子星內部合成探測器（NICER）的x射線望遠鏡，這個望遠鏡是通過觀察中子星表面的熱點來研究中子星的大小。這次中子星包括已經測量過的脈衝星的半徑測量，應該能得到較好的資料。
布拉施克對此表示很期待。中子星的品質和半徑測量至關重要，這次結果可能會推翻許多內部結構理論，那些能得到合適的中子星尺寸和重量的理論才能保留下來。
現在，LIGO的加入更有利於資料的測量。8月17日發現的信號已經被視為兩個黑洞的合併而不是兩個中子星的碰撞而處理過，這也是合理的。LIGO之前的信號都來自於黑洞，從計算的角度來說研究人員對這方面可以說是輕車熟路了，所以更容易處理。但是這個信號涉及到較輕的物體，而且比黑洞合併的時間要長得多。瑞德說：“這顯然跟我們之前計算的系統都不一樣。”
當兩個黑洞一起盤旋時，它們將軌道能量以引力波的形式釋放到時空中。但在這次90秒長的LIGO信號的最後一秒左右，每個物體都做了一些黑洞不做的事情——變形。這對夥伴開始拉伸和擠壓彼此的物質，產生從運動的軌道中獲取能量的潮汐，這促使它們比其他方式可以更快的碰撞在一起。
在進行了幾個月的電腦類比工作後，LIGO的瑞德小組發佈了他們第一次測量這些潮汐對信號的影響。到目前為止，這個團隊只能設置一個上限，意味著潮汐的影響是微弱的，甚至幾乎不明顯。反過來，這也意味著中子星的體積很小，它們的物質緊緊圍繞著中心，因此更能抵抗潮汐的衝擊。瑞德說：“我認為第一個引力波測量在某種意義上確實證實了x射線測量解釋的內容。”她還預計，對這個信號進行更複雜的建模可以得到更加精確的估計。
NICER和LIGO對中子星內部物質都提供了新的研究方法，許多專家都樂觀地認為，在未來幾年內，這些物質是如何對抗引力將得到明確的答案。但是，像阿爾福德這樣的理論學家卻警告，僅僅測量中子星內部物質的濕軟程度並不能完全揭示其究竟是什麼。不過其他一些特徵或許幫得上忙，比如，通過持續觀察中子星的冷卻速率，天體物理學家可以推測其內部的粒子及其輻射能量的能力；或者，觀察中子星的旋轉如何隨時間放慢下來可以幫助確定其內部的粘度。
阿爾福德認為，研究緻密物質何時發生相變以及其最終變成什麼也是一個值得努力的目標。“瞭解物質在不同的條件下的性質確實有點兒像物理。”
本文為蝌蚪五線譜原創，版權歸蝌蚪五線譜所有，任何媒體、網站或個人未經授權不得轉載，否則追究相關法律責任。如需轉載請訪問//rightknights.com/pub/pub_author?greatAuthor=CIHHF&type=0獲得合法授權。