对声速的研究表明，重中子星有一个坚硬的地幔和一个软核，而轻中子星有一个柔软的地幔和一个硬核——很像不同的巧克力果仁糖。图片来源:Peter Kiefer & Luciano Rezzolla
物理学家建立了超过100万个状态方程的模型，以揭示中子星以前无法解释的其他特性。
通过广泛的模型计算，法兰克福歌德大学的物理学家已经得出了大致的结论nclusions一关于中子星的内部结构E物质的密度非常大:根据质量的不同，恒星的核心可能非常坚硬，也可能非常柔软。研究结果同时发表在两篇文章中。
中子星是在恒星死亡后形成的极其致密的物体。它们的质量与太阳相当，甚至更多，但却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。
由于中子星的极端性质无法在地球上的实验室中重现，因此最大的挑战是模拟中子星内部的极端条件。因此，在许多模型中，各种性质——从密度到温度——都是在所谓状态方程的帮助下描述的。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谜题添加了更多关键的碎片。理论物理研究所的Luciano Rezzolla教授领导的工作小组开发了超过100万个不同的状态方程，这些方程一方面满足理论核物理所获得的数据所设定的约束，另一方面满足天文观测所设定的约束。
在评估状态方程时，工作组有了一个令人惊讶的发现:“轻”中子星(质量小于约1.7太阳质量)似乎有一个软地幔和一个硬核，而“重”中子星(质量大于1.7太阳质量)却有一个硬地幔和一个软核。
“这个结果非常有趣，因为它让我们直接测量了中子星中心的可压缩性，”Luciano Rezzolla教授说，“中子星的行为显然有点像巧克力果仁糖:轻的恒星就像那些巧克力，其中心是榛子，周围是软巧克力，而重的恒星可以被认为更像那些巧克力，坚硬的层含有柔软的填充。”
对这一见解至关重要的是声速，这是本科学生Sinan Altiparmak的研究重点。这个量的测量方法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程度。在地球上，声速被用来探索地球内部和发现石油储量。
通过对状态方程的建模，物理学家们还能够发现中子星以前无法解释的其他特性。例如，不管它们的质量如何，它们的半径很可能只有12公里。因此，它们的直径和歌德大学的家乡法兰克福一样大。
作者Christian Ecker博士解释说:“我们广泛的数值研究不仅使我们能够预测中子星的半径和最大质量，而且还为它们在双星系统中的变形能力设定了新的限制，即它们通过引力场相互扭曲的强度。在未来的天文观测和对合并恒星引力波的探测中，这些洞见对于确定未知的状态方程将变得尤为重要。”
因此，虽然中子星内部物质的确切结构和组成仍然是一个谜，但在发现它之前的等待当然可以用一两颗巧克力来增加甜味。
引用:
《关于中子星的声速》，作者:Sinan Altiparmak, Christian Ecker和Luciano Rezzolla, 2022年11月10日，《天体物理学杂志通讯》。2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / ac9b2a
Christian Ecker和Luciano Rezzolla的《中子星声速的一般、尺度无关描述》，2022年11月10日，《天体物理学杂志通讯》。2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / ac8674
