死星烹制的核“意大利面”可能会揭开恒星来世的秘密-在中子星的极端心脏中，基本粒子被扭曲成奇怪的“意大利面”形状，可能会揭示关于死星如何演变的不为人知的秘密。


在蟹状星云内的一个相伴的中子星（中心闪耀的星）（图片来源：NASA/ESA）

“意大利面”煮熟了-想象一下在超过一万亿度的温度下烹饪意大利面。但这不是任何普通的周日晚上的菜；它是中子星内部的“核意大利面”。研究人员刚刚透露，这些奇怪的核形状渗透到中子星的核心，比我们想象的要深得多，这可以从根本上改变这些死星的特性。


中子星是极端的定义。宇宙中一些质量最大的恒星的剩余核心，它们通常将几个太阳的物质塞进一个不比曼哈顿大的体积。为了达到这些令人难以置信的密度，其中的物质被压缩得如此之大，以至于原子甚至核键都被打破。它只是一个巨大的，由自由漂浮的中子，电子和质子组成的热海，通过强大的核力的复杂相互作用结合在一起。鉴于这些极端条件，天文学家仍然不确切地了解中子星的物质是如何组成的。一种可能性是，中子星实际上是混合体。它们的地壳和外层几乎完全由中子组成，一些电子和质子被扔进混合物中。


但它们的核心经历了如此极端的压力和密度，甚至中子也会分解，留下了稠密的半液态夸克-物质的最基本组成部分。夸克核心和中子层之间的关系决定了中子星的整体性质：它旋转的方式，当外壳破裂时如何振动，以及当它与其他中子星在称为千新星的爆炸中碰撞时它如何表现。在核心和外层之间具有尖锐截止的中子星将与中子星不同，这些区域之间会逐渐混合。然而，由于我们附近没有任何中子星可以打开和研究，我们必须转向理论模型来试图了解它们的内部。


两位理论物理学家接受了挑战。在8月26日提交给预印本数据库arXiv的一篇论文中，他们将最新的夸克和中子行为模型应用于中子星内部。在他们尚未经过同行评审的工作中，他们专注于夸克核心和中子外层之间这个难以捉摸的复杂过渡区-意大利面的外观时。


一个明亮的宇宙爆炸的插图。（图片来源：ESA，图片来源：ESA/ECF）

这不是普通的通心粉，这个过渡带中的核“意大利面”是由浸没在夸克海洋中的紧凑团块组成的。它们的出现来自强大的核力和电磁力的复杂相互作用，这些相互作用导致中子在整个过渡带中弯曲和扭曲成各种奇怪的形状。当物理学家第一次发现这些结构时，他们发现了各种有趣的形状：团块，管状，棒状和气泡，类似于意大利美食中发现的各种意大利面形状。


(当他们意识到“核意大利面”像一锅沸腾的水一样浸没在夸克的热水中时，这个比喻甚至更有效。)最后，在足够深的深度，压力变得太强大，意大利面分解成夸克海洋。研究人员研究了曲率张力的重要作用-弯曲形状对变形的抵抗力，即这是弯曲形状对试图拉直它的变形的阻力。曲率张力类似于更熟悉的表面张力，液体抵抗试图穿透其表面的外力。


研究人员发现，曲率张力可以有利于某些形状，使现在“煮熟”的意大利面能够更深入地进入夸克核心，而其他形状则不受欢迎。具体来说，研究人员发现，由于曲率张力的贡献，管子和气泡可以存活到比以前想象的更高的密度，而滴状和棒状不会持续很长时间。-奇怪的宇宙物体被确定为爆炸的死星的残骸。


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现在我们知道为什么了这些可能看起来很小的变化，但它们可能会产生巨大的影响。当中子星碰撞，导致千新星爆炸时，爆炸的细节

-最重要的是，爆炸产生元素周期表上许多较重元素的能力-取决于中子星的内部。


中子到达核心的距离以及它们的形状的差异可以改变这些爆炸的演变方式。研究人员的下一步是充实这条思路，并研究如何利用千新星爆炸揭示中子星内部的详细结构，尤其是所有美味的中子形状。

By：Paul Sutter

FY: 何丹怀（懷）

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