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来自研究机构

遥远的螺旋恒星提供了束缚亚原子粒子的力量的线索

日期:
2021年4月1日
来源:
巴斯大学
简介:
太空科学家发现了一种探测中子星内部结构的新方法,为原子层面的物质构成提供了线索。
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完整的故事

英国巴斯大学的太空科学家发现了一种探测中子星内部结构的新方法,为核物理学家提供了一种在原子水平上研究构成物质的结构的新工具。

中子星是被重力压缩到小城市大小的死恒星。它们含有宇宙中最极端的物质,这意味着它们是存在的密度最大的物体(相比之下,如果地球被压缩到中子星的密度,它的直径只有几百米,而所有的人都可以装进一个茶匙)。这使得中子星成为核物理学家独特的天然实验室,核物理学家对束缚亚原子粒子的力的理解仅限于对地球原子核的研究。研究这种力在更极端条件下的表现为加深他们的知识提供了一种方法。

天体物理学家加入进来,他们通过观察遥远的星系来解开物理学的奥秘。

在一项研究中皇家天文学会月刊美国巴斯大学的天体物理学家发现,当两颗中子星旋转着走向剧烈碰撞时,它们的运动速度越来越快,这为中子星物质的组成提供了线索。从这些信息中,核物理学家将处于更有利的位置来计算决定所有物质结构的力。

共振

巴斯大学的研究小组正是通过共振现象发现了这一现象。当力以其固有频率作用于物体时,就会产生共振,从而产生巨大的、往往是灾难性的振动运动。一个著名的共振例子是,一个歌剧演员以与玻璃振动模式相匹配的频率大声唱歌,把玻璃震碎。

当一对内旋中子星达到共振状态时,它们的固体地壳——被认为比钢强100亿倍——就会破碎。这导致释放出明亮的伽马射线爆发(称为共振破碎耀斑),卫星可以看到。内旋恒星也会释放引力波,可以被地球上的仪器探测到。巴斯大学的研究人员发现,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”。

对称能是核物质的性质之一。它控制着构成原子核的亚原子粒子(质子和中子)的比例,以及这个比例在中子星的极端密度下是如何变化的。因此,对称能的读数将有力地说明中子星的组成,进而说明所有质子和中子的耦合过程,以及决定所有物质结构的力。

研究人员强调,利用伽马射线和引力波的结合来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。

巴斯大学天体物理学家David Tsang博士说:“通过研究中子星,以及这些大质量物体灾难性的最终运动,我们能够了解一些关于构成极其致密物质的微小原子核的事情。”“规模上的巨大差异令人着迷。”

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,因为它关注的是核物理学家正在研究的同样的事情。他们观察的是微小的粒子,而我们天体物理学家观察的是数百万光年之外的物体和事件。我们用完全不同的方式看待同一件事。”

德克萨斯农工大学的天体物理学家、项目合作者威尔·牛顿博士说:“虽然我们知道将夸克结合成中子和质子的力,但当大量中子和质子聚集在一起时,它是如何工作的,我们还不太清楚。”实验核物理数据有助于提高这种理解,但我们在地球上探测到的所有原子核都有相似数量的中子和质子,它们以大致相同的密度结合在一起。

“在中子星中,大自然为我们提供了一个截然不同的环境来探索核物理:物质主要由中子组成,密度范围很广,最高可达原子核密度的十倍。在这篇论文中,我们展示了如何从数亿光年之外的距离测量这种物质的某种特性——对称能。这可以揭示原子核的基本工作原理。”

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故事来源:

材料所提供的巴斯大学注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. 邓肯·尼尔,威廉·牛顿,大卫·曾荫权。共振破碎耀斑作为核对称能的多信使探测器皇家天文学会月刊, 2021;DOI:10.1093 / mnras / stab764

引用此页

巴斯大学。“遥远的螺旋恒星提供了束缚亚原子粒子的力量的线索。”《科学日报》。《科学日报》,2021年4月1日。< www.koonmotors.com/releases/2021/04/210401123914.htm >。
巴斯大学。(2021年,4月1日)遥远的螺旋恒星为束缚亚原子粒子的力量提供了线索。《科学日报》。2023年6月17日检索自www.koonmotors.com/releases/2021/04/210401123914.htm
巴斯大学。“遥远的螺旋恒星提供了束缚亚原子粒子的力量的线索。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2021/04/210401123914.htm(2023年6月17日访问)。

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