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引力波可以揭示夸克星的诞生

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-12-10 15:43

当两个中子星合并时,引力波可能是检测到新的夸克物质相变的关键。在由两个国际研究小组独立进行的爆炸事件模拟中,引力波谱中发现了相变的独特特征。两个研究小组上周在《物理评论快报》上发表了他们的发现。 2017年首次观察到两个中子星的合并,天文学家将其标记为GW170817。在这样的合并过程

  当两个中子星合并时,引力波可能是检测到新的夸克物质相变的关键。在由两个国际研究小组独立进行的爆炸事件模拟中,引力波谱中发现了相变的独特特征。两个研究小组上周在《物理评论快报》上发表了他们的发现。

  2017年首次观察到两个中子星的合并,天文学家将其标记为GW170817。在这样的合并过程中,温度和压力远远超过了任何实验室所能达到的温度和压力,科学家们想知道,在这些极端条件下是否有可能促进一种新型的相变-即夸克物质。

引力波可以揭示夸克星的诞生

  迄今为止,仅在一组中发现了夸克,形成了所有已知的亚原子粒子,例如质子和中子。但是科学家推测,这些亚原子粒子可能会在超高压和高温下分解,形成均匀的夸克海洋。

  研究人员认为,可以在重力波的光谱中找到这种相变的证据,例如在GW170817事件中检测到的那些。在引力波谱中识别这种相变的特定特征还可以从未来的合并事件中检测出夸克物质,并使天文学家能够识别新的恒星物体,例如杂种甚至是纯夸克星。

  星星碰撞

  两个研究小组通过对两个中子星合并的模拟进行了搜索,以寻找与众不同的特征,重点是与GW170817观测到的大小和质量相似。其中一些模型允许存在夸克物质,而其他模型则不存在-研究人员希望这些模型能够发现可识别相变的模拟重力波谱中的显着差异。

  每个小组的建模方法都不同。来自美国和德国的Elias Most及其同事使用了完全相对论的模型,在该模型中,他们观察到中子星合并后在毫秒级的时间尺度上逐步过渡。他们的模拟表明,在合并后约17毫秒,最终物体塌陷为黑洞之前,夸克物质的比例达到了总重子质量的20%。他们发现,这种转变的独特标志是随着夸克物质比例的增加,重力波信号逐渐消失。

  同时,来自欧洲和北美的Andreas Bauswein及其同事分析了22种不同模型的结果,这些模型都假设渐近平坦的空间-其中7种允许在中子星合并的确切时刻相变到夸克物质,而15种仅基于关于强子物质。当发生夸克-物质相变而不能归因于任何其他现象时,这种多模型方法应该揭示行为的总体趋势。

  那里有迹象

  这些模型中的大多数模型都显示出引力波频谱中的最大峰值与潮汐可变形性之间的强相关性,该参数取决于物体的质量和半径。但是,允许夸克过渡的模型显示出与该趋势的显着偏差-大约为0.5千赫兹。在这些模拟中,合并产生的物体在重力上保持稳定。

  这些模拟的结果表明,在中子星合并中确实发生了向夸克物质的相变,但是当前的测量结果不够准确,无法通过实验证实这一发现。为了在未来的中子星合并中检测这些特征,将需要对质量,引力波频率和潮汐可变形性等量进行更精确的测量。

  不断改进的探测方法将减少未来几年此类测量的不确定性,这可能使未来的研究人员能够识别这些特征,甚至见证新的天文物体诞生-假设的夸克星。

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