天文学家通过分析引力波揭开中子星合并的热能秘密

天文学家通过分析引力波揭开中子星合并的热能秘密当两颗中子星相互绕行时，它们会在时空中释放出称为引力波的涟漪。这些涟漪会消耗轨道的能量，直到两颗恒星最终相撞并合并成一个天体。科学家们利用超级计算机模拟探索了不同核物质模型的行为如何影响这些合并后释放的引力波。他们发现，残余物的温度与这些引力波的频率之间存在很强的相关性。下一代探测器将能够区分这些模型。中子星合并后约5毫秒，从上往下看，两种不同模拟中子星合并（上、下）的密度（右）和温度（左）对比图。资料来源：宾夕法尼亚州立大学雅各布-菲尔兹（JacobFields）。科学家利用中子星作为实验室，在地球上无法探测的条件下研究核物质。他们利用目前的引力波探测器来观测中子星合并，了解超密集冷物质的行为方式。然而，这些探测器无法测量恒星合并后的信号。这个信号包含了热核物质的信息。未来的探测器将对这些信号更加敏感。由于它们还能区分不同的模型，这项研究的结果表明，未来的探测器将帮助科学家们建立更好的热核物质模型。这项研究使用THC_M1对中子星合并进行了研究。THC_M1是一种模拟中子星合并的计算机代码，它考虑到了恒星强大引力场造成的时空弯曲以及致密物质中的中微子过程。研究人员通过改变状态方程中的比热容来测试热效应对合并的影响，比热容用于测量中子星物质温度上升一度所需的能量。为了确保结果的稳健性，研究人员以两种分辨率进行了模拟。他们用更近似的中微子处理方法重复了更高分辨率的运行。参考文献《双中子星合并中的热效应》，作者：JacobFields、AviralPrakash、MatteoBreschi、DavidRadice、SebastianoBernuzzi和AndrédaSilvaSchneider，2023年7月31日，《天体物理学杂志通讯》。DOI:10.3847/2041-8213/ace5b2《低三动量传递时中子-碳相互作用中核效应的识别》，2016年2月17日前，《物理评论快报》。DOI:10.1103/PhysRevLett.116.071802这项工作使用了宾夕法尼亚州立大学国家能源研究科学计算中心、匹兹堡超级计算中心和计算与数据科学研究所提供的计算资源。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404551.htm

宇宙的“果仁夹心巧克力”：物理学家对中子星结构的惊人发现

宇宙的“果仁夹心巧克力”：物理学家对中子星结构的惊人发现中子星是极其紧凑的物体，可以在一颗恒星死亡后形成。它们的质量相当于我们的太阳，甚至更大，但却不可思议地被压缩成一个直径相当于一个大城市的球体。自从60多年前发现它们以来，科学家们一直在试图破译它们的结构。然而，到目前为止，人们对中子星的内部知之甚少。由于它们的极端特性使它们无法在实验室中在地球上重现，最大的挑战是模拟中子星内部的极端条件。因此，有许多模型在所谓的状态方程的帮助下描述各种属性--从密度和温度。这些方程试图描述中子星从恒星表面到内核的结构。现在，法兰克福歌德大学的物理学家们已经成功地为这个难题添加了更多的关键部分。由理论物理研究所的LucianoRezzolla教授领导的工作组开发了超过一百万个不同的状态方程，这些方程一方面满足了从理论核物理学中获得的数据的约束，另一方面也满足了天文观测的约束。在评估这些状态方程时，工作组有了一个惊人的发现。"轻"中子星（质量小于约1.7个太阳质量）似乎有一个软地幔和一个硬核心，而"重"中子星（质量大于1.7个太阳质量）反而有一个硬地幔和一个软核心。LucianoRezzolla教授说："这个结果非常有趣，因为它给了我们一个直接的衡量标准，即中子星的中心可以有多大的可压缩性。中子星的行为显然有点像巧克力果仁：轻质星类似于那些中心有一个榛子的巧克力，周围是柔软的巧克力，而重质星可以被认为更像那些硬层包含软馅的巧克力。"对这一见解至关重要的是声速，这是本科生SinanAltiparmak的一个研究重点。这个量的测量描述了声波在物体内传播的速度，并取决于物质的硬度或柔软度。在地球上，声速被用来探索地球内部和发现原油。通过对状态方程进行建模，物理学家们还能够发现中子星的其他以前无法解释的特性。例如，不管它们的质量如何，它们很可能只有12公里的半径。因此，它们的直径就像歌德大学的家乡法兰克福一样大。作者ChristianEcker博士解释说。"我们广泛的数值研究不仅使我们能够对中子星的半径和最大质量进行预测，而且还对它们在双星系统中的变形能力设定了新的限制，也就是说，它们通过其引力场相互扭曲的程度。这些见解对于用未来的天文观测和来自合并恒星的引力波探测来确定未知的状态方程将变得特别重要"。因此，尽管中子星内部物质的确切结构和组成仍然是一个谜，但等待它的发现肯定可以用一两块巧克力来补充。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333905.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333905.htm

中子星碰撞事件GW170817帮助揭开暗物质之谜

中子星碰撞事件GW170817帮助揭开暗物质之谜两颗正在合并的中子星的艺术家插图。资料来源：NSF/LIGO/索诺玛州立大学/A.Simonnet类轴子粒子研究文理学院的物理学家布帕尔-德夫（BhupalDev）利用这次中子星合并的观测结果--天文学界将这一事件命名为GW170817--得出了关于类轴子粒子的新约束条件。这些假想粒子尚未被直接观测到，但它们出现在标准物理学模型的许多扩展中。轴子和类轴子粒子是构成科学家至今无法解释的宇宙中部分或全部"缺失"物质或暗物质的主要候选粒子。至少，这些相互作用微弱的粒子可以作为一种门户，将人类所知的可见部分与宇宙中未知的黑暗部分连接起来。《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）上这项研究的第一作者、该大学麦克唐纳空间科学中心（McDonnellCenterfortheSpaceSciences）的研究员德夫说："我们有充分的理由怀疑，超越标准模型的新物理学可能就潜伏在不远处。"中子星合并的启示当两颗中子星合并时，会在短时间内形成一个高温、高密度的残余物。德夫说，这个残余物是产生奇异粒子的理想温床。残余物会在一秒钟内变得比单个恒星热得多，然后根据初始质量的不同，沉淀为一颗更大的中子星或黑洞。在这幅动画中，注定要灭亡的中子星呼啸着走向灭亡，它代表了在GW170817发生九天后观测到的现象。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI实验室这些新粒子悄无声息地逃离了碰撞的碎片，在远离其源头的地方，可以衰变成已知的粒子，通常是光子。德夫和他的团队（包括华盛顿大学校友史蒂文-哈里斯（现为印第安纳大学NP3M研究员）以及让-弗朗索瓦-福尔廷、库弗-辛哈和张永超）发现，这些逃逸的粒子会产生独特的电磁信号，可以被美国宇航局的费米-LAT等伽马射线望远镜探测到。研究小组分析了这些电磁信号的光谱和时间信息，确定他们可以将这些信号与已知的天体物理背景区分开来。然后，他们利用费米-LAT关于GW170817的数据，推导出轴子-光子耦合作为轴子质量函数的新约束条件。这些天体物理约束与实验室实验（如轴子暗物质实验（ADMX））的约束相辅相成，后者探测的是轴子参数空间的不同区域。粒子物理学的未来前景未来，科学家们可以利用现有的伽马射线太空望远镜（如费米-LAT）或拟议中的伽马射线任务（如华盛顿大学领导的先进粒子-天体物理学望远镜（APT）），在中子星碰撞期间进行其他测量，帮助提高他们对类轴心粒子的理解。德夫说："中子星合并等极端天体物理环境为我们寻找轴子等暗部门粒子提供了新的机会之窗，轴子可能是了解宇宙中缺少的85%物质的关键。"编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423415.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423415.htm

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱石川说："我们的研究成果对于理解一些最基本的物质粒子的量子力学相互作用非常重要。它们还可能有助于揭示太阳和其他恒星中目前鲜为人知的现象的细节"。中微子是最神秘的基本物质粒子之一。由于中微子几乎不与其他粒子发生任何相互作用，因此极难对其进行研究。它们呈电中性，几乎没有质量。然而，它们的数量却非常丰富，大量的中微子不断从太阳中流出，穿过地球，甚至穿过我们自己，却几乎没有任何影响。了解更多有关中微子的信息，对于检验和完善我们目前对粒子物理学（即标准模型）的理解非常重要。日全食，日冕清晰可见。"在正常的'经典'条件下，中微子不会与光子发生相互作用，"石川解释说，"然而，我们已经揭示了中微子和光子如何能够在极大规模的均匀磁场中发生相互作用--大到103千米--这种磁场出现在恒星周围被称为等离子体的物质形态中。等离子体是一种电离气体，这意味着它的所有原子都获得了或多或少的电子，使它们成为带负电或正电的离子，而不是地球上日常条件下可能出现的中性原子。"弱电霍尔效应及其影响研究人员所描述的相互作用涉及到一种名为"电弱霍尔效应"的理论现象。这是电与磁在极端条件下的相互作用，自然界的两种基本力--电磁力和弱作用力--在此融合为弱电。这是一个理论概念，预计只适用于早期宇宙的极高能条件或粒子加速器的碰撞中。研究得出了这种意想不到的中微子-光子相互作用的数学描述，即拉格朗日。它描述了有关该系统能量状态的所有已知信息。石川健三，该研究的第一作者和通讯作者。图片来源：SohailKeeganPinto石川说："除了有助于我们理解基础物理学之外，我们的研究还可能有助于解释日冕加热之谜。这是一个由来已久的谜团，它涉及太阳最外层大气--日冕--的温度远高于太阳表面温度的机制。我们的工作表明，中微子和光子之间的相互作用释放出能量，使日冕升温"。石川在总结发言中表达了他们团队的愿望："我们现在希望继续我们的工作，寻找更深入的见解，特别是在这些极端条件下中微子和光子之间的能量转移"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383901.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383901.htm

云南天文台双中子星研究领域取得新进展

云南天文台双中子星研究领域取得新进展双中子星系统示意图。图片来源：云南天文台南京大学郭云浪博士与中国科学院云南天文台王博研究员等人，对形成双中子星系统的电子俘获超新星通道作了系统研究，给出了该通道下形成双中子星系统的初始参数空间，发现该参数空间中的氦星伴星质量和最小初始轨道周期，随着金属丰度的增加而增加。同时，通过考虑氦星伴星在塌缩成中子星时受到的反冲速度，研究了该通道下形成双中子星系统的特征。他们发现小于50公里每秒的低反冲速度，能够解释观测上大多数的双中子星系统特征。此外，通过考虑氦星表面的残留氢包层，该团队还发现中子星在双星演化过程中能够从伴星上吸积更多的物质，从而达到更快的转速。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433316.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433316.htm

新工具利用引力波窥视中子星内部

新工具利用引力波窥视中子星内部想象一下，将一颗质量为太阳两倍的恒星压扁到曼哈顿的大小，其结果将是一颗中子星--宇宙中任何地方发现的最密集的天体。事实上，它们的密度超过了在地球上自然发现的任何物质的几十万亿倍。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328411.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328411.htm