科学家发现了是什么物质将愤怒的中子星给冷静了下来

中子星是巨星的愤怒幽灵：超新星后留下的炽热旋转的奇异物质核心。就像装满热面条汤的热水瓶一样，它们要花上千万年才能冷却下来。

现在，研究人员认为他们知道这些恒星是如何做到的：中子星通过释放被称为中微子的粒子来冷却。这项新的研究表明，他们之所以能完成这项任务，是因为中间有一种被称为核通心粉的物质，这种物质是一种波纹状的卷曲材料，其中的原子几乎（但并不完全）混合在一起。这种核通心粉结构在恒星内部形成了低密度区域，使中微子和热量有了出路。

滞留的热量如何释放

从中子星表面刮下的一茶匙物质将重达数十亿吨，超过地球上每个人的总和。这种密度有助于它们很好地捕捉热量。虽然我们的太阳被认为是一颗黄矮星，它以光的形式释放出它的大部分热量，但中子星内部产生的轻粒子很少能到达表面逃逸。不过，这些狂暴的不死恒星，它们每个都有一个城市那么大，最终还是会平静下来，而平静的方式主要是通过发射中微子。

中子星的物质组成

为了了解中子星是如何冷却的，10月6日发表在《物理评论C》杂志上的一项新研究的研究人员对中子星内部的物质进行了更仔细的研究。

普通恒星是由常规物质或原子组成的：由质子和中子组成的小球，周围环绕着相对巨大的旋转电子云。与此同时，中子星的内部密度如此之高，以至于原子结构破裂，形成了一个巨大的所谓核物质海洋。在中子星之外，核物质是指原子核内的物质，即由质子和中子组成的致密球。而且它是由复杂的规则所支配的，科学家们至今还没有完全理解核通心粉结构物质是介于常规物质和核物质之间的物质。

“核通心粉结构物质是介于核物质和常规物质之间的东西，”这项研究的合著者、伊利诺伊州立大学的物理学家查尔斯·霍洛维茨说，“如果你开始在一颗中子星中真的、非常用力地挤压物质，核会越来越靠近，最终它们开始接触。”当它们开始接触时，奇怪的事情就会发生。”

在过去十年的大部分时间里，科学家们都知道这种核通心粉结构物质就在中子星内部，就在它们的外壳之下，在这个区域，常规物质转变成奇异的，鲜为人知的核物质。他们也知道中微子的发射有助于冷却中子星。新的研究显示了核通心粉结构物质如何帮助释放中微子。

霍洛维茨说，这项研究的主要作者、亚利桑那大学的博士后研究员齐杜林（zidulin）设计了一系列庞大的计算机模拟程序，展示了中微子在这种不可思议的环境中是如何出现的。

在中子星中产生中微子的基本公式是直截了当的：中子衰变，转化为一个稍轻的低能质子和一个超轻的中微子。这是一个简单的过程，在太空的其他地方，包括我们的太阳，都会发生。（就在这一秒，大量的太阳中微子流通过你的身体。）

中子星，顾名思义，有大量的中子，所有的中子都以高能量和大量的动量旋转。但是中微子的配方要求产生一个几乎没有动量的低能质子。然而，动量不能就这样消失。它总是保持恒定的。这是牛顿第一运动定律。（这也是为什么如果你的车突然停下来，而且你没有系安全带，你就会飞出窗外。）

羽状中微子不能承担相对庞大的衰变中子的所有动量。所以动力唯一的另一个地方就是进入周围的环境。稠密、坚硬的核物质是一个可怕的地方，可以用来释放动量。这就像开着一辆跑车高速驶入一块厚厚的花岗岩板上，岩石几乎不动，汽车也会像煎饼一样，因为这种动力无处可去。中子星发射的简单模型很难解释核物质如何吸收足够的动量让中微子逃逸。

齐杜林的模型表明，核通心粉结构物质解决了这个问题的大部分。那些卷曲的、分层的形状有低密度区域。它可以压缩，吸收波纹运动中的动量。就好像那面花岗岩的墙装在弹簧上，弹簧压缩了汽车的撞击力。

研究人员表明，从核通心粉结构物质发射的中微子可能比中子星核心的中微子发射效率高得多。这意味着核通心粉结构物质很可能是造成降温的主要原因。

霍洛维茨说，这项研究确实表明中子星的冷却速度比预期的要慢，这意味着它们寿命更长。他说，时空的历史将不得不调整，以解释它们在亿万年中在极端高温下不可思议的持续存在。