新的理论分析表明，大质量中子星隐藏着夸克物质核心的可能性在80%到90%之间。这一结果是利用贝叶斯统计推断法通过大规模超级计算机运行得出的。中子星内核所包含的物质密度是当今宇宙中最高的，在一个直径为 25 千ekLQfPhyzo米的球体中压缩了多达两个太阳质量的物质。这些天体的确可以被看作是巨大的原子核，重力将它们的内核压缩到超过单个质子和中子许多倍的密度。

大质量中子星内部不同层次的艺术印象，红色圆圈代表相当大的夸克物质核心。资料来源：Jyrki Hokkanen, CSC

从粒子物理学和核物理学的角度来看，这些密度使得中子星成为有趣的天体物理天体。一个长期悬而未决的问题是，中子星巨大的中心压力能否将质子和中子压缩成一种新的物质，即冷夸克物质。在这种奇异的物质状态中，单个质子和中子已不复存在。

赫尔辛基大学理论粒子物理学教授亚历克西-沃里宁（Aleksi Vuorinen）解释说："它们的组成夸克和胶子从典型的颜色束缚中解放出来，几乎可以自由移动。"

大质量中子星内部不同层次的艺术印象，红色圆圈代表相当大的夸克物质核心。资料来源：Jyrki Hokkanen, CSC

在刚刚发表在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志196世界之最上的一篇新文章中，以赫尔辛基大学为中心的一个研究小组首次对大质量中子星内部出现夸克物质核心的可能性进行了量化估计。他们的研究表明，根据目前的天体物理观测结果，夸克物质在质量最大的中子星中几乎是不可避免的：研究小组提取的定量估算结果显示，这种可能性在80%-90%之间。

所有中子星仅由核物质组成的剩余可能性很小，这就要求从核物质到夸克物质的变化是一种强烈的一阶相变，有点类似于液态水变成冰的过程。中子星物质性质的这种快速变化有可能破坏中子星的稳定，以至于形成哪怕是微不足道的夸克物质核心也会导致中子星坍缩成黑洞。

来自芬兰、挪威、德国和美国的科学家之间的国际合作进一步表明，夸克物质核心的存在有朝一日可能会被完全证实或排除。关键是能够制约核物质和夸克物质之间相变的强度，预计一旦有一天记录到双中子星合并最后一部分产生的引力波信号，就有可能实现这一目标。

利用观测数据进行大规模超级计算机运行

得出新结果的一个关键因素是利用贝叶斯推理进行的一组大规模超级计算机计算，贝叶斯推理是统计推理的一个分支，通过与观测数据的直接比较推断不同模型参数的可能性。这项研究的贝叶斯推理部分使研究人员能够推导出中子星物质特性的新界限，证明它们接近最大规模稳定中子星核心附近的所谓保形行为。

Joonas Nttil博士是论文的主要作者之一，他认为这项工作是一项跨学科的工作，需要天体物理学、粒子物理学、核物理学以及计算机科学的专业知识。他即将于 20www.196nk.cn24 年 5 月开始在赫尔辛基大学担任副教授。

"每一次新的中子星观测都能让我们越来越精确地推断出中子星物质的特性，这一点非常吸引人"。

另一方面，在奈蒂莱和武里宁指导下工作的博士生约纳斯-希沃宁（Joonas Hirvonen）强调了高性能计算的重要性：

"我们必须使用数百万小时的超级计算机CPU时间，才能将我们的理论预测与观测结果进行比较，并确定夸克物质核心的可能性。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一切资源！"

参考文献：《强相互作用物质在大质量中子星中表现出http://www.196nk.cn去封闭行为》，作者：Eemel196世界之最i Annala、Tyler Gorda、Joonas Hirvonen、Oleg Komoltsev、Aleksi Kurkela、Joonas Nttil和Aleksi Vuorinen，2023年12月19日，《自然-通讯》。

DOI: 10.1038/s41467-023-44051-y

编译来源：ScitechDaily