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美国科学家通过超级计算机,理论推导出了中子星核心物质的方程式

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我亦飘零久源

2022-01-15 09:25

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中子星内部的物质主要由中子组成,还有一些质子、电子和其他亚原子粒子。这种物质的密度如此之高,以至于一颗质量比太阳大的中子星只有几十公里的直径。为了预测这一奇特物质的性质,美国核物理学家们考虑了一个理论模型。该模型由一个无限的纯中子系统组成,该系统可以通过强核力相互作用。强核力是宇宙中四种基本力之一,与引力、电磁力和弱核力并列。

利用先进的数值技术和超级计算机,科学家们计算出中子物质状态方程,该方程告诉我们,在重力将恒星挤压成黑洞之前,恒星可以承受多少重量。状态方程是描述物质在一组物理条件下的状态的方程,如压力、体积、温度或内能。在这项新的研究中,科学家们通过一系列计算机密集计算研究了中子物质的状态方程。

科学家们使用了五种不同的力和三种独立的方法来帮助确定我们对中子星组成物质的理解程度。这反过来告诉我们,当两个中子星合并时,大中子星是如何生长的,这会影响通过合并产生的重元素。核理论家对纯中子物质粒子的能量进行了基准计算,作为中子密度的函数。计算了两类不同的真实坐标空间核子——核子势。

这些力模型都是为了再现实验室实验中的核子散射数据而建立的,科学家们首次在两种方法中实施了重要的技术改进,他们观察到五种力模型和三种多体技术之间的良好一致性,达到了大原子中子星核中心的典型饱和密度。在较高密度下,由于力模型和多体方法的作用,结果会逐渐发散。这些实验的范围有助于确定我们预测中子物质状态方程的极限,进而告诉我们中子星在坍缩成黑洞之前可以拥有的最大质量。它还影响两颗中子星合并时产生的引力波信号以及合并过程中产生的重元素数量。

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