大爆炸後不久最後出現的物質狀態可能存在於中子星內部——科學家認為他們可以證明這一點
我們或許很快就能「窺視」中子星內部，並了解那裡隱藏著哪些由奇異物理控制的極端物質，這要歸功於成對中子星螺旋式爆炸合併所發出的引力波中的潮汐相互作用的印記。
「一個希望是我們能夠獲得一些關於中子星在內核中發現的密度下的狀態方程式的資訊。 中子星」 領導這項研究的伊利諾大學的尼古拉斯‧尤尼斯 (Nicolás Yunes) 在一份報告中說道 陳述。 「真的有一個 誇克 正如一些人最近聲稱的那樣，至關重要？內部是否正在發生我們還不知道的相變？ 」
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然而，在中子星內部更深處、靠近其核心的地方，事情可能會更加奇怪。引力壓力可能非常大，以至於會將中子壓碎成它們的組成部分，這些組成部分是稱為夸克和夸克的基本粒子 膠子 通常將夸克結合在一起形成質子和中子。
科學家將這種物質狀態稱為夸克-膠子等離子體。這種物質狀態存在於 大霹靂除了粒子加速器實驗之外，宇宙中唯一可以存在夸克-膠子等離子體的地方是中子星內部。
如果科學家能夠了解中子星的內部，他們就可以更了解大爆炸後物質的狀態。
雙中子星長期以來被認為是破解其內部物質的最佳選擇。這些中子星對在橢圓軌道上相互繞行，越來越近，直到它們碰撞並合併成一顆 千諾瓦。最重要的是，他們的螺旋式釋放 重力波。
現在，由普林斯頓大學尤內斯和阿布舍克·赫加德領導的科學家認為，他們已經找到瞭如何解碼這些重力波頻率的方法，以解釋中子星的內部結構。
赫加德說：“當它們靠近時，來自一顆（中子）星的潮汐力開始使另一顆星變形，反之亦然。” “變形的程度取決於這些恆星內部的物質。”
問題在於極端重力和高速（高達 40%） 光速）中子星互相繞軌道運行意味著科學家必須直視 阿爾伯特愛因斯坦S’ 廣義相對論 以獲得解決方案。這是一項複雜的工作，但尤內斯和赫加德認為他們現在找到了答案。
當雙中子星透過引力潮汐使彼此的形狀和結構變形時，它們會在內部引起振盪，就像鐘聲一樣。這些振盪的模式稱為模式，這些模式的頻率嵌入在雙中子星輻射出去的重力波中。
需要一套完整的方法來理解二進位系統。然而，區分這些模式很複雜，因為潮汐力是動態的：它們隨著中子星彼此繞軌道運行而變化，並且每個中子星的影響重疊，使得區分正在發生的事情變得更加困難。
「如果沒有一整套模式，你在建模時完全有可能錯過潮汐響應的一部分，因為你可能會在捕獲所有物理現象所需的響應的數學描述中遺漏其他部分，」尤內斯說。
牛頓物理學 – 即重力的基本物理學 艾薩克·牛頓萬有引力定律 – 包含規則物體的一套完整的振盪模式。這些模式稱為阻尼諧振子。然而，在相對論物理學中，是否所有模式都可以導出仍不清楚。例如，從雙中子星輻射能量的引力波是廣義相對論的現象，遵循牛頓引力，因此牛頓物理學不考慮它們。
「如果你的系統斷電，那麼它的模式就無法完整，」赫加德說。
解決方案是分解問題，將每顆中子星及其伴星單獨視為引力潮汐源。尤尼斯和赫加德的團隊隨後將每顆中子星劃分為不同尺度的不同引力強度的不同區域，描述強引力和弱引力。他們找到了每個尺度的近似解，然後將它們組合起來。他們甚至發現重力波造成的能量損失被有效地抵消了。這使他們能夠得出一個解決方案，描述中子星內部的所有振盪模式，以及這些模式如何嵌入所產生的重力波的頻率中。
「我們展示了兩件主要的事情，」赫加德說。 「首先，我們能夠減去輻射，發現中子星的模式確實形成了一套完整的集合。其次，我們發現，如果你使用足夠‘平滑’的潮汐場始終如一地求解一組方程，那就是恆星內部的解，你可以在牛頓廣義相對論中做同樣的事情。”
故事還沒結束。尤內斯和赫加德團隊的工作現階段純粹是理論上的，目前的重力波探測器在較高頻率下不夠靈敏，無法偵測到這一痕跡。然而，尤內斯和赫加德樂觀地認為下一代探測器將做到這一點。
研究結果發表在 2 月 18 日的期刊上 物理評論論文。
