中子星内部的夸克星

夸克星：从夸克-胶子等离子体到超新星遗迹

中子星的核心可能含有夸克-胶子等离子体——这是一种物质状态，其中质子和中子分解为夸克和胶子。这些天体直径约20公里，质量是太阳的1.4倍，其密度使得夸克在强相互作用压力下能够自由存在。该假说认为，从中子壳层到夸克核心存在一个过渡区，那里的物质比普通强子更稳定。

夸克是质子和中子内部的费米子，由胶子结合在一起。在量子色动力学中，夸克-胶子等离子体形成了一种零粘度的完美流体，正如欧洲核子研究中心和布鲁克海文实验室的实验所观察到的那样。在恒星中，这是一种冷的、超高密度的形态，主导着引力作用。

夸克与强相互作用的物理

原子由原子核（质子、中子）和电子组成。每个核子由三个夸克构成：上夸克（u）、下夸克（d），有时还有奇异夸克（s）。费米子遵循泡利不相容原理，防止相同状态的存在，这与玻色子胶子不同。

奇异夸克寿命较长，会衰变为u和d夸克。夸克-胶子汤是大爆炸后早期宇宙的基础，后来过渡为强子。在中子星中，解禁闭过程将中子转化为自由夸克，位置就在壳层下方。

中子星的结构

中子星是超新星遗迹，也是发出周期性射电脉冲的脉冲星。其高密度导致中子解体：强相互作用占主导，形成成分未知的冷、超高密度物质。

由于距离遥远（最近的中子星距离400光年），测量质量和半径具有挑战性。碰撞产生引力波，揭示了物质的粘度。通过微扰理论估计体粘度：它表征了夸克混合物密度振荡过程中的能量损失。

• 质量与半径： 合并事件的统计数据显示出变化，暗示可能存在夸克核心。
• 粘度： 较低，类似于加速器产生的等离子体。
• 脉冲星计时： 一种获取精确参数的方法。
• 引力波： LIGO/Virgo提供的关于物质混合的数据。

壳层具有毫米尺度的不规则性，而核心可能是一锅夸克汤。

夸克星假说

夸克星完全由自由夸克（u、d、s）组成，称为奇异星。当简并中子气体的压力不足时，在临界质量下发生解禁闭。

奇异物质在零压下是稳定的，这是真正的基态。奇异夸克团是夸克液滴，能够转化中子星。

特性：

• 密度高于中子星。
• 覆盖着薄薄的中子壳层。
• 低表面张力允许形成宏观天体。
• 通过BCS理论可能实现超导性。
• 能量与热核聚变相当。

联合核子研究所、欧洲核子研究中心和东京研究所的模拟：玻色-爱因斯坦凝聚体过渡到超流固态相。

致密天体中的候选者

快速旋转的脉冲星和低质量遗迹是优先研究对象。XTE J1739-285：频率1122赫兹，半径9–12公里，质量1.2 M☉，距离13,000光年，位于蛇夫座。可能是一个被气体包层包裹的纯夸克结构。

HESS J1731-347（2022年，蒂宾根）：一个超新星遗迹，距离10,000光年，质量0.77 M☉，半径10.4公里。其X射线光谱对中子星来说异常。

关键要点

• 中子星核心中的夸克-胶子等离子体是实验室实验的冷版本。
• 碰撞和引力波提供了关于粘度和状态方程的数据。
• 候选者：XTE J1739-285和HESS J1731-347具有极端参数。
• 奇异物质是一种稳定状态，可能主导致密天体。
• 未来平方公里阵列望远镜的观测将阐明恒星内部的成分。

— Editorial Team