物理學家提出宇宙最強物質:堪稱中子星中的「原子能意大利麵」

最近,科學家在中子星等超高密度天體中發現了一種異常奇異的物質。它很可能會是宇宙中最強的材料,至少算是優秀候選者。根據計算,這種物質的強度是鋼鐵的100億倍。

物理學家提出宇宙最強物質:堪稱中子星中的“原子能意大利麵”

來自印第安納大學布魯明頓分校的物理學家查爾斯·霍洛維茨表示:“這是個瘋狂的大發現,這種物質非常非常稠密,因此它也極其強大。”

中子星可以說是高質量恆星生命週期的一個終點。一旦恆星的核心被“燃燒成鐵”,它就會坍塌,質子和電子也被擠壓成中子和中微子。

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在此過程中,中微子逃逸,而中子則密集地堆積在直徑僅10至20公里的物體(天體)內。

這種令人難以置信的高密度對恆星原子的原子核造成了奇怪的影響。越靠近中心,密度也隨之增加,原子核被擠壓,直到它們變形並融合在一起。

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此產生的核結構被認為類似於意大利麵,它們只形成於恆星外殼內部。一些結構被壓成片狀,就像意大利千層麵;有些則是管狀;有的就像普通的條狀麵條;當然還有些是團塊狀的“麵疙瘩”。它們的密度極為巨大,超過水的100萬億倍。

可以想象,在實驗室環境中創造這種密度是不可能的。所以,人們無法制造出這種原子能意大利麵機。幸運的是,科學家現在可以利用強大的計算機,模擬出這種情況。

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他們創建了“原子能意麵”的模型,並施加壓力以檢測這種物質的響應情況。結果,要破壞這種奇異的原子能意大利麵,所需要的力量是破壞鋼所需力的100億倍。

儘管根據以往計算,中子星的表面已經非常強大,但這種“原子能麵食”甚至更強。這一結果表明,中子星的“離子外殼”比中間部分的“麵食”會更早地瓦解。

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研究人員表示,這反過來可能會對某些情況下的外殼破裂產生影響,比如在中子星合併或磁星爆發期間的共振破碎耀斑。

另外,由於這種物質的強度和密度都很大,這意味著中子星內部有可能埋藏著“大型山脈”。中子星內部的這些稠密區域,可能是塊狀和不均勻的。如果是這樣的話,中子星可能會不斷地產生引力波,這就像時空結構中的漣漪。

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然而由於這種引力波的強度有限,目前激光干涉引力波天文臺(LIGO)的設備可能無法檢測到。畢竟,連檢測到兩個黑洞之間發生大規模碰撞都不是一件容易的事。

不過,隨著LIGO設備的靈敏度升級,計劃於2034年上線的激光干涉儀空間天線(LISA)將有可能探測到這些微弱的時空波浪。

目前,相關論文已被《物理評論快報》接收。


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