現(xiàn)在，一個國際研究小組首次將來自重離子實驗、引力波測量和其他天文觀測的數(shù)據(jù)跟先進(jìn)的理論模型相結(jié)合從而更加精確地約束核物質(zhì)的特性。這些結(jié)果已于當(dāng)?shù)貢r間6月8日發(fā)表在《自然》上。

在整個宇宙中，中子星在超新星爆炸中誕生，它標(biāo)志著大質(zhì)量恒星生命的結(jié)束。有時，中子星會被束縛在雙星系統(tǒng)中并最終將相互碰撞。這些高能量的天體物理現(xiàn)象的特點是在如此極端的條件下能夠產(chǎn)生大多數(shù)重元素，如銀和金。因此，中子星及其碰撞是研究密度遠(yuǎn)超原子核內(nèi)密度的物質(zhì)特性的獨特實驗室。用粒子加速器進(jìn)行的重離子碰撞實驗是在高密度和極端條件下產(chǎn)生和探測物質(zhì)的一種補充方式。

對在核物質(zhì)中起作用的基本相互作用的新見解

達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)核物理研究所的Sabrina Huth說道：“將核理論、核實驗和天體物理觀測的知識結(jié)合起來對于揭示中子星所探測的整個密度范圍內(nèi)富含中子的物質(zhì)的特性至關(guān)重要?！彼窃撗芯空撐牡牡谝蛔髡咧?。來自烏特勒支大學(xué)引力和亞原子物理研究所(GRASP)的另一位第一作者Peter T. H. Pang補充道：“我們發(fā)現(xiàn)，來自粒子加速器的金離子碰撞的約束顯示出跟天體物理學(xué)觀測的顯著一致性，盡管它們是用完全不同的方法獲得的?！?/p>

多信使天文學(xué)的最新進(jìn)展使來自德國、荷蘭、美國和瑞典的研究人員組成的國際研究小組能對核物質(zhì)中起作用的基本相互作用獲得新的認(rèn)識。在一個跨學(xué)科的努力中，研究人員將在重離子碰撞中獲得的信息納入了一個框架，該框架則結(jié)合了電磁信號的天文觀測、引力波的測量以及高性能天體物理學(xué)計算和理論核物理學(xué)計算。他們的系統(tǒng)研究首次結(jié)合了所有這些單獨的學(xué)科，另外，他們指出在中子星的中間密度擁有更高的壓力。

包含重離子碰撞的數(shù)據(jù)

研究論文的作者們在他們的多步驟程序中納入了在達(dá)姆施塔特的GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung及美國布魯克海文國家實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室進(jìn)行的金離子碰撞實驗的信息以此對來自核理論和天體物理觀測的約束展開了分析，這當(dāng)中包括通過無線電觀測的中子星質(zhì)量測量、來自國際空間站的中子星內(nèi)部成分探測器(NICER)任務(wù)的信息以及雙中子星合并的多信道觀測。

來自達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的核理論家Sabrina Huth和Achim Schwenk及來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Ingo Tews是將重離子碰撞中獲得的信息轉(zhuǎn)化為中子星物質(zhì)的關(guān)鍵，這是納入天體物理學(xué)約束的需要。

在分析中覆蓋重離子碰撞的數(shù)據(jù)使得在核理論和天體物理學(xué)觀測不太敏感的密度區(qū)域有了額外的約束。這有助于對致密物質(zhì)有一個更全面的了解。在未來，來自重離子對撞的改進(jìn)約束可以通過提供補充信息在核理論和天體物理觀測之間發(fā)揮重要作用。特別是探測更高的密度同時降低實驗不確定性的實驗，其有著很大的潛力為中子星的特性提供新的約束。任何一方的新信息都可以很容易地被納入框架，從而在未來幾年進(jìn)一步提高對致密物質(zhì)的理解。