알려진 우주에는 중성자 별과 같은 것은 없습니다. 초신성에서 태어난이 천체는 도시 크기 공간에 별 크기의 질량을 포함합니다. 이 독특한 특성으로 인해 과학자들은 극단적 인 물리학이 내부에서 일어날 수 있다고 믿게되었습니다. 중성자 자체의 용해 쿼크 물질로 알려진 더 부드러운 점액으로.

그러나 우리는 중성자 별 내부를 들여다 볼 수 없기 때문에 우리가 측정 할 수있는 특성, 즉 질량과 크기에 의존해야합니다. 쿼크 물질은 온전한 중성자보다 별의 중력에 의해 더 압축되어야합니다. 따라서 중성자 별이 핵 구로 가득 차 있다면, 질량이 증가함에 따라 작아 질뿐만 아니라 작아야합니다.

안타깝게도 수천 광년 거리에있는 마일 너비의 물체의 폭을 측정하는 것은 매우 어렵습니다. 중성자 별의 질량과 크기를 결합한 측정은 "중성자 별 물리학을위한 성배"라고 잘 알려진 비유를 사용합니다. 미카엘라 오에르텔, 프랑스 국립 과학 연구 센터의 이론 물리학 자.

하지만 2019 년에 NASA의 중성자 별 내부 구성 탐색기 (NICER)는 1.4 년 전 국제 우주 정거장에 설치된 X 선 망원경으로 0030 광인 J1,000이라는 태양 질량의 XNUMX 개 중성자 별의 크기를 측정했습니다. 지구에서 몇 년, 약 26km. 이제 NICER 데이터를 사용하여 두 개의 독립적 인 팀이 지구에서 0740 광년 떨어진 다른 중성자 별 J3,000에 대해 동일한 분석을 수행했습니다.

결과는 놀랍습니다. 2.1 개의 태양 질량을 가진 J0740은 J50보다 약 0030 % 더 무거운 것으로 알려진 가장 거대한 중성자 별입니다. 그러나 두 팀은 본질적으로 같은 크기입니다. 두 팀은 24.8km 또는 27.4km에 도착하며 불확실성은 수 킬로미터입니다. 아직 피어 리뷰되지 않은 결과는 다음과 같습니다. 마다 게시 이달 초 온라인 사전 인쇄 사이트 arxiv.org에

이 발견은 중성자 별이 기괴 할 수 있지만 그렇게 기괴하지 않아 중성자 자체를 제거한다는 것을 의미합니다. "중성자 별의 핵심에서 이러한 매우 이국적인 물질 상태가 실현되지 않을 수도 있음을 시사 할 수 있습니다." 호르헤 피에 카레 비츠, 플로리다 주립 대학의 이론 물리학 자.

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중성자 별은 우리 태양 질량의 약 20 배에서 XNUMX 배 사이의 거대한 별이 수명이 다할 때 연료를 소모 할 때 형성됩니다. 별의 중력에 대항하는 외부 압력없이 무너집니다. 바깥 쪽 껍질은 초신성처럼 바깥쪽으로 폭발하여 맨해튼 크기의 부피로 압축 된 중성자 별 뒤에 밀집된 핵만 남게됩니다.

이온과 전자로 구성된 얇은 지각 아래에는 중성자 별의 핵이 있으며 전체 구성의 99 %를 차지합니다. 여기에서 양성자와 전자는 너무 꽉 조여 져서 대부분 중성자의 바다. 그러나 이러한 밀도를 내부 코어쪽으로 더 밀어 넣으면 더 이상한 일이 발생할 수 있습니다. "개별 중성자와 양성자 대신 중성자와 양성자의 구성 요소 인 쿼크 바다가 있습니다." 콜 밀러메릴랜드 대학의 천체 물리학 자이자 새로운 논문의 주 저자입니다. "어디에서 일어나는지는 명확하지 않습니다."

지금까지 일부 모델은 충분한 질량의 중성자 별 (아마도 0740 태양 질량에서 J2.1까지)이 중성자와 양성자를 구성 쿼크로 분할 할 수있을 정도로 밀도가 매우 높을 것이라고 예측했습니다. 내부가 일반 물질에서 상대적으로 "압착 할 수있는"쿼크 물질로의 전환을 경험함에 따라 "반경이 작아야합니다." 안나 와츠, 암스테르담 대학의 천체 물리학 자이자 다른 논문의 공동 주도자.

반면에 일부 모델은 그 반대를 예측했습니다. 상전이는 중성자 별이 블랙홀로 붕괴되는 지점에 가까워 질 때까지 발생하지 않을 수 있습니다. (정확한 분할 선은 정확히 알려지지 않았지만 대략 태양 질량이 3 개 정도라고 믿어집니다.) Watts는“문제는 고밀도에서 형성되는 이상한 것이 있다면 언제 시작 되는가?”라고 말했습니다.

J0740과 같은 중성자 별이이 상전이를 겪고 더 많은 "압박 할 수있는"쿼크 물질을 포함했다면, 그것은 9에서 16km까지의 어느 곳에서나 측정되었을 것이라고 Watts는 말했다. 그러나 불확실성을 고려하더라도 연구원들은 22km의“아주 강력한 하한”을 설정했다고 Miller는 말했습니다.

결과는 중성자 별이 2.1 태양 질량을 초과하는 어떤 지점에서 쿼크 물질을 형성하거나 아마도 결코 형성하지 않음을 시사합니다. 대신 양성자와 중성자는 가장 극단적 인 규모에서도 단순히 지속될 수 있습니다. Watts는“가장 삐걱 거리는 모델은 제외 된 것 같습니다.

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니서 중성자 별 자체의 특성 때문에 중성자 별 반경을 측정 할 수 있습니다. 빠르게 회전함에 따라 표면의 핫스팟 (지구에서 발견되는 것과 같은 자극이지만 크게 확대됨)이 함께 회전하면서 X- 레이를 깜박입니다. 중성자 별의 강렬한 중력으로 인해 별의 반대편에서 일어나는 섬광조차도 중력에 의해 구부러져 우리에게 보내질 것입니다. NICER는 이러한 X 선 플래시의 도착 시간을 정확하게 측정하여 과학자들이 중성자 별의 크기를 재구성 할 수 있도록합니다.

별도의 최근 결과 버지니아의 Jefferson Lab에있는 리드 반경 실험 (PREx)에서 NICER의 변혁 적 발견을 뒷받침하는 것으로 보입니다. 전자빔을 납에 발사함으로써 과학자들은 소위 중성자 "피부"(납 원자에서 차지하는 공간 중성자의 양)가 양성자 피부보다 더 크다는 것을 발견했습니다. 이 차이는 중성자 별이 이전 예측보다 최대 2km 더 커야 함을 시사합니다. PREx 팀의 일원 인 Piekarewicz는“이것은 NICER와 완전히 일치합니다. 결과는 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters).

NICER 결과는 아직 초기 단계입니다. 그것들을 확인하고 불확실성을 개선해야합니다. 세 번째 중성자 별의 반지름을 측정하는 과정에 있으며, 이는 발견을 확인하거나 반박하는 데 큰 역할을 할 수 있습니다. "우리는 올해 후반에 [크기]를 발표 할 수있을 것으로 기대합니다." 제이븐 아르주마니안, NASA의 Goddard 우주 비행 센터에서 NICER의 과학 책임자. "그리고 그 이상으로 몇 가지 더."

그러나 지금까지 그 결과는 흥미로운 것을 가리키고 있습니다. 우주에서 가장 밀도가 높은 물질 집합 인 중성자 별조차도 어떤 형태의 외래 물질을 생성 할만큼 밀도가 높지 않을 수 있습니다. Piekarewicz는 "이것은 중성자 별 핵심의 극적인 위상 전이에 대한 최초의 강력한 증거입니다."라고 말했습니다. 그리고 그것이 중성자 별에서 일어나지 않는다면 다른 곳에서도 일어날 수 있습니까? "난 두려워하지."