物理學家預測中子星可能比以前想像的要大

當一顆巨大的恆星死亡時，首先會發生超新星爆炸。然後，剩下的變成黑洞或中子星。中子星是天文學家可以觀察到的最稠密的天體，它的質量大約是太陽的1.4倍。但是，對於這些令人印象深刻的天體仍然知之甚少。現在，美國佛羅里達州立大學物理學教授豪赫·皮卡維奇（Jorge Piekarewicz）領導的研究團隊主張有關測量鉛中子外殻的原子核可能需要科學家重新思考關於中子星總體規模的理論。簡而言之，中子星可能比科學家先前預測的要大。

皮卡維奇表示：「外殻的尺寸及其延伸的方式與中子星的大小有關。」研究團隊計算得出，對鉛中子外殻厚度的新測量意味著平均中子星的半徑在13.25到14.25公里之間。根據早期對中子外殻的實驗，其他它理論認為中子星的平均大小約為10至12公里。

皮卡維奇的工作補充了一項由物理學家在湯馬士·傑佛遜國家加速器實驗室（Thomas Jefferson National Accelerator Facility）的鉛半徑實驗進行的研究。實驗小組能夠在0.28飛米（femtometers，即28千兆分之一米）的範圍內測量鉛核的中子外殻。

原子核由中子和質子組成。如果中子的數量超過原子核中的質子，則多餘的中子會在原子核中心周圍形成一層。那層純中子稱為外殻。

正是這層外殻的厚度吸引了實驗物理學家和理論物理學家，因為它可以揭開中子星的整體大小和結構。儘管該實驗是在鉛上完成的，但該物理學仍適用於中子星，即比原子核大千兆倍（Quadrillion）的天體。

皮卡維奇使用鉛半徑實驗小組報告的結果來計算中子星的新整體測量值。他說：「我們沒有能夠在實驗室中進行的實驗來探測中子星的結構。它是如此奇特的天體，以至於我們無法在實驗室中對其進行再造。因此，在實驗室中可以採取的任何措施來限製或告知我們有關中子星的特性都是非常有幫助」。

鉛半徑實驗小組的新結果比以前的實驗要大，這當然會影響與中子星有關的整體理論和計算。皮卡魯維奇說，在這個問題上還有更多的工作要做，技術的新進步正在不斷增加科學家對太空的理解。我們都想知道我們來自那裡，宇宙是由什麼構成，宇宙的最終命運是什麼。

【圖：美國太空總署；文：節譯自物理學機構網頁】研究全文刊登在2021年4月27日出版的《物理學評論快報》