遥远的恒星螺旋状碰撞有助于揭开束缚亚原子粒子的神秘力量

英国巴斯大学的太空科学家找到了一种探测中子星内部结构的新方法，给核物理学家提供了一种研究原子水平物质构成结构的新工具。中子星是被引力压缩到小城市大小的死星。它们包含了宇宙中最极端的物质，这意味着它们是已知存在的最密集的物体（作为比较，如果把地球压缩到中子星的密度，它的直径只有几百米，而所有的人类都能装进一茶匙的体积当中）。

这使得中子星成为核物理学家独特的天然实验室，他们对结合亚原子粒子的力量的理解仅限于他们在地球原子核上的认知。为了研究这种力量在更极端的条件下是如何表现的，需要提供一种加深他们知识的方法。

因此，走进天体物理学家将目光投向遥远的星系，以揭开物理学的神秘面纱。

在《英国皇家天文学会月刊》上描述的一项研究中，巴斯的天体物理学家发现，两颗中子星在螺旋状走向剧烈碰撞时，其运动速度越来越快，这就提供了中子星物质构成的线索。根据这些信息，核物理学家将更有能力计算出决定所有物质结构的力量。

巴斯团队正是通过共振现象进行发现的。当力以其自然频率作用于物体时，会产生巨大的、往往是灾难性的振动运 - 共振。一个众所周知的共振例子是，当一个歌剧演员以足够大的声音唱歌，以与玻璃的振荡模式相匹配的频率就可以击碎玻璃时。

当一对内吸式中子星达到共振状态时，它们的固体外壳--被认为比钢铁坚固100亿倍的材质也会破碎。这导致爆发出明亮的伽马射线（称为共振碎裂耀斑），这种射线可以轻易地被科研卫星看到。内吸星也会释放出引力波，同样可以被地球上的仪器探测到。研究人员发现，通过测量耀斑和引力波信号，他们可以计算出中子星的 "对称能"。

对称能是核物质的特性之一。它控制着构成原子核的亚原子粒子（质子和中子）的比例，以及当受到中子星的极端密度影响时，这一比例会发生怎样的变化。因此，对称性能量的读数将有力地表明中子星的构成，并延伸出所有质子和中子的耦合过程，以及决定所有物质结构的力量。

研究人员强调，利用伽马射线和引力波的组合研究中子星的共振所获得的测量结果将是对核物理学家实验室实验的补充，而不是替代。

"通过研究中子星，以及这些巨大天体的大灾难性最后运动，我们能够了解一些关于构成极致致密物质的微小、微小的原子核的情况，"巴斯天体物理学家David Tsang博士说。"规模上的巨大差异使得这一点非常迷人。"

领导这项研究的天体物理学博士生邓肯·尼尔补充说："我喜欢这项工作关注的是核物理学家正在研究的同一事物。他们研究的是微小的粒子，而我们天体物理学家研究的是数百万光年之外的物体和事件。我们是在用一种完全不同的方式观察同一件事情。"

德克萨斯农工大学-科米斯分校的天体物理学家、项目合作者威尔-牛顿博士说。"虽然将夸克束缚成中子和质子的力量是已知的 但当大量中子和质子聚集在一起时，它的工作原理还没有被很好地理解。实验性的核物理数据有助于提高这种理解的探索，但我们在地球上探测的所有核子都有类似数量的中子和质子以大致相同的密度结合在一起。中子星为我们提供了一个迥然不同的探索核物理的环境：物质主要由中子构成，密度跨度很大，最高约为原子核密度的十倍。"

在本文中，我们展示了如何从数亿光年外的距离测量这种物质的某种属性--对称能。这可以阐明原子核的基本工作原理。"