中子星发现罕见物质

中子星的艺术家印象图。“原子核意大利面”物质层位于靠近核心的最里面地壳层。

近日天文学家表示，一种名为“原子核意大利面”（nuclear pasta）的罕见物质状态似乎只存在于名为中子星的超级密集的天体里。在中子星里，原子核如此紧密的挤在一起以至于它们的排列方式类似于意大利面的形状——有的呈扁平状就像千层面，而其它的呈螺旋状就像意大利螺旋面。这些形态很可能显示了恒星最大的旋转速度，根据这项最新研究表示。

“这样的情况只可能发生在中子星内——宇宙中除了黑洞外最密集的天体。”西班牙阿利坎特大学的天文学家乔斯·彭斯(Josè Pons)这样说道。这种最新的物质状态是由理论学家数年前提出的，但从来没有实验性的证实过。现在，彭斯和他的同事利用了一种名为脉冲星的中子星的旋转速率而提供了“原子核意大利面”存在的第一批证据。

脉冲星会释放成对的光束，就像从灯塔放射出的射线。随着脉冲星的旋转，光束会旋转不断进入和淡出视线，使得恒星看起来像在发出“脉冲”，从而使得天文学家能够计算恒星的旋转速率。

研究人员已经观察了十几颗脉冲星，但是没有发现一颗脉冲星旋转周期超过12秒。“原则上来说，这出乎我们的意料。我们应该观察到更长的周期。” 彭斯说道。更长的旋转周期意味着这颗恒星旋转速度更慢。

然而意大利面的物质状态可以解释为什么脉冲星缺少更长的旋转周期。研究人员意识到如果恒星内部的原子核重组形成意大利面的形式，这种物质将会增加恒星的电阻率，使得电子很难穿越物质。这将导致恒星的磁场消散速率远比预想的更快。正常来说，脉冲星通过发射电磁波减慢自己的旋转速率，这会引起恒星失去角动量。但如果恒星的磁场已经受到了限制，正如产生了意大利面物质时，它们将无法强烈的发射电磁波，因此旋转速率无法减慢。

这使得脉冲星维持在最低的旋转速率，或者最大的旋转周期。“将观测到的天文学效应，也就是存在最大的旋转周期极限，与内部外壳需要产生意大利面物质层相联系，就是所谓的将观测结果与理论相联系。” 彭斯说道。

当巨大恒星到达生命终结且没有燃料进行核聚变时，就会形成中子星。这些年迈的中子星会以超新星的形式爆炸，它们的核心会坍塌形成非常小而密集的天体。事实上，产生的质量是如此密集以至于正常的原子无法存在。本质上来说，质子和电子融合在一起，产生了中子以及非常轻的粒子中微子。最终的结果是形成一颗中子星，它大约90%的质量是中子。

在这些恒星坚硬的外壳里——据称比钢铁还要强硬10亿倍——由质子和中子形成的正常原子核仍能存在，尽管被挤压的异常密集，也就是在这里形成了新的意大利面物质层。

在正常的物质里，原子核之间距离比较遥远（相对而言），因为带正电的原子核因彼此排斥而不会相互靠近。“但在中子星内，物质非常紧密，原子核彼此如此接近以至于几乎要相互触碰，”  彭斯说道。这项研究被发表在6月9日的期刊《自然—物理学》上。（凤凰科技 编译/严炎刘星）